Java内存区域

 运行时数据区：

 

程序计数器（Program Counter Register）：

是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。由于java虚拟机多线程是通过线程切换并分配处理器执行时间的方式来实现的（即在任何时刻，一个处理器或一个内核都只会执行一条线程的指令），为了让线程能恢复到原来的位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器。程序计数器是线程私有的。

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（Undefind）。此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

 

java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）： 

java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。  虚拟机栈描述的是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帧（Stack Frame，是方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用到执行结束，都对应了一个栈帧在虚拟机栈中入栈出栈的过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean, byte, char, short, int, long, float, double） 、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，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它与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

在java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可动态扩展，而扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

 

本地方法栈（Native Method Stack）： 

它与虚拟机栈发挥的作用很相似，它们的区别是：虚拟机栈为执行java方法服务，而本地方法栈为执行Native方法服务。

 

java堆（Java Heap）： 

java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。java堆是垃圾收集器管理的主要区域， 因此也被称作GC堆。根据java虚拟机规范的规定，java堆可以处于物理上不连接的内存空间中，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（当前的主流虚拟机都是按照可扩展来实现的——通过-Xms和-Xmx控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

 

方法区（Method Area）： 

方法区也是所有线程共享的内存区域，用于存放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成堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫Non-Heap（非堆），目的是要与java堆区分开。java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。

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

 

 运行时常量池（Runtime Constant Pool）：

 是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

 java虚拟机对Class文件每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载荷执行，但对于运行时常量池，java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商可以按需实现这块内存区域。一般地，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也即并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员运用得较多的是String类的intern()方法。

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

 

直接内存（Direct Memory）： 

直接内存并不是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。但是这部分内存也被频繁地调用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。在jkd1.4中新加入了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，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。这样能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。

本机直接内存不会受到java堆大小的限制，但是，既然是内存，就还是会受到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或者分页文件） 大小以及处理器寻址空间的限制。如果服务器管理员在配置虚拟机参数时，只根据实际内存设置-Xmx等参数信息，而经常忽略直接内存，使得各个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），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。