JVM——Java内存区域

　　Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

　　根据《Java虚拟机规范》（Java SE 7版）的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域。

　　方法区（Method Area）、Java堆（Java Heap）、Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）、本地方法栈（Native Method Stack）、程序计数器（Program Counter Register）。

　　其中，由所有线程共享的数据区：方法区、Java堆；线程隔离的数据区：Java虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。

• 程序计数器

　　程序计数器是线程私有的。它是一块较小的内存空间，作为当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器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，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖程序计数器完成。

　　如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

　　程序计数器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的内存区域。

• Java虚拟机栈

　　Java虚拟机栈是线程私有的，生命周期与线程相同。Java虚拟机栈描述Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈桢（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。栈桢在虚拟机栈中入栈到出栈对应一个方法从调用到执行完成。

　　局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。基本数据类型：boolean、byte、char、short、int、float、long、double；对象引用：reference类型，它不等同对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置；returnAddress类型：指向了一条字节码指令的地址。

　　long和double类型数据会占用2个局部变量空间（Slot），其它只占用1个。

　　局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，因此，当进入一个方法时，这个方法在帧中需要分配的局部变量空间大小是完全确定的，运行期间也不会改变。

　　Java虚拟机规范对Java虚拟机栈规定了两种异常状况：

　　1. StackOverflowError异常：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度；

　　2. OutOfMemoryError异常：虚拟机栈扩展时无法申请到足够的内存（如果虚拟机栈可以动态扩展）。

• 本地方法栈

　　本地方法栈是线程私有的。与Java虚拟机栈的作用非常相似。之间的区别是：Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务，本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

　　虚拟机规范对本地方法栈的实现没有强制规定，具体的虚拟机可以自由实现（例如Sun HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和Java虚拟机栈合二为一）。

　　与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError异常和OutOfMemoryError异常。

• Java堆

　　Java堆是所有线程共享的，对大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，在虚拟机启动时创建。

　　Java堆的唯一目的是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在Java堆中分配内存。Java虚拟机规范的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术导致一些微妙的变化发生，所以不是所有的对象都分配在Java堆中。

　　Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也称为GC堆。

　　从内存回收打角度看，Java堆中还可以细分为：新生代、老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

　　从内存分配的角度看，Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）。

　　Java虚拟机规范规定，Java堆可以处在物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的（当前主流虚拟机都是按照可扩展来实现的，通过-Xmx和-Xms控制）。

　　如果在Java堆中没有内存完成实例分配，且Java堆无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

• 方法区

　　方法区是所有线程共享的。它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是，它却又一个别名叫Non Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开。

　　根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

　　（运行时常量池）

• 直接内存（Direct Memory）

　　直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是，由于它也可能导致OutOfMemoryError异常，所以也需要关注。

　　JDK 1.4新加入NIO类，引入基于通道和缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。它能够在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

　　本机直接内存的分配不受Java堆大小的限制，但受到本机总内存大小和处理器存执空间的限制。在配置虚拟机参数时，经常会忽略直接内存，使得内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。