jvm（Hotspot）运行时数据区

本文是《深入理解Java虚拟机》的相关的一些概念，基本上是从书上照搬过来便于随时随地进行查看。

运行时数据区：

程序计数器（program counter register）：

线程私有：各线程之间计数器互不影响，独立存储。

是一块较小的内存空间，可以看做当前线程所执行的字节码的行号指示器。

字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器。

程序计数器存在的意义：因为在任何一个确定的时刻一个处理器都只会执行一条线程中的指令。所以为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响、独立存储。

若正在执行一个java方法，则记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。若执行的本地（Native）方法，则为空（Undefined）。

程序计算器仅仅只是一个运行指示器，它所需要存储的内容仅仅就是下一个需要待执行的命令的地址，无论代码有多少，最坏情况下死循环也不会让这块内存区域超限，因为程序计算器所维护的就是下一条待执行的命令的地址，所以不存在OutOfMemoryError。

java虚拟机栈（java virtual machine stack）

线程私有

描述的是java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候虚拟机都会同步创建一个栈帧（stack frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每个方法被调用到执行完毕都对应一个栈帧的入栈和出栈。

局部变量表：

存放了编译期可知的八种基本数据类型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）、对象引用（reference类型，不是对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是只想一个代表对象的句柄或者其他于此对象相关的位置）和returnAddress类型（字节码指令地址）。这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽（Slot）表示，其中64位长度的long和double类型的数据占用两个变量槽，其他的占用一个。

StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度的时候。

Java虚拟机栈不能动态扩容。

本地方法栈（Native Method Stacks）

线程私有

是为虚拟机使用的本地（native）方法服务。

也会存在栈溢出。

java堆（java Heap）

线程共享

是虚拟机管理的内存中最大的一块。

存在的意义：存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。《Java虚拟机规范》的描述：“所有的对象实例以及数组都应该在堆上分配”。

Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此也被乘坐“GC堆”。

《Java虚拟机规范》规定：java堆可以处于物理上不连续的内存空间，但在逻辑上应该被视为连续的。

Java堆是可扩展的：通过参数 -Xmx 和 -Xms 设定。

OutOfMemoryError：在堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法再扩展时会抛出。

如果再开发中发生了该错误，可以先通过扩展堆的大小来尝试，如果还存在异常就可能是代码的问题。

也可以使用工具如JProfiler等进行分析。

方法区（Method Area）

线程共享

作用：存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据、

《Java虚拟机》把方法区描述为堆的一个逻辑部分，也有另一个名字叫“非堆”（Non-heap），为了与堆区分开来。

永久代：jdk8以前存在，但是使用永久代实现方法区导致Java应用更容易再遇到内存溢出的问题（永久代有-XX：MaxPermSize的上限，不设置也有默认大小）。jdk6的时候HotSpot团队就准备放弃永久代，改为采用本地内存来实现方法区。jdk7的时候已经把字符串常量池、静态变量等移出永久代，jdk8的时候完全废弃了永久代的概念，改用了与Jrockit和J9一样在本地内存中实现的元空间（Meta-space）来代替，把7时候永久代剩余的内容（主要是类型信息）全部放到元空间中。

根据《Java虚拟机规范》规定：方法区无法满足新的内存分配的需求时会抛出OOM。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

方法区的一部分。Class文件中的常量池表（Constant Pool Table）用于存放编译器生成的各种字面量与符号引用，这部分内容会在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

是动态的，运行期间也能匠心的常量放入池中，这种特性被开发人员利用的比较多的是String类的intern（）方法。

当常量池无法再申请到内存时会抛出OOM异常。

直接内存（Directly Memory）

不属于虚拟机运行时数据区部分，《Java虚拟机规范》也没有定义。

jdk1.4时加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。避免了Java堆和Native堆中来回复制数据，这样能在一些场景中提高性能。（内存映射）

显然直接内存不受java堆大小的限制，但是受到本机总内存的限制。