虚拟机-内存区域划分

运行时数据区

java运行时数据区模型如上图。下面我们一起去揭开运行时数据区神秘的面纱。

• 程序计数器
          一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在java虚拟机的概念模型中，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，它是程序控制流的指示器，分支、跳转、循环、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
• java虚拟机栈
          生命周期和线程一致。每个方法被执行就会在虚拟机中同步创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。
          局部变量表：存放编译器可知的各种java虚拟机基本数据类型(byte、short、int、long、boolean、char、float、double)、对象引用(reference类型它并不等同于对象本身，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者其他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)
          这些数据类型在局部变量表中存储空间以局部变量槽(slot)来表示，其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。
          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Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
• 本地方法栈
          作用与虚拟机栈类似，区别在于java虚拟机栈为虚拟机执行java方法(字节码)服务，本地方法栈则为虚拟机使用到的本地方法(Native)服务。
          与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
• 堆
          线程共享的一块内存区域。
          目的：存储对象实例。各种虚拟机将java堆划分成不同的内存布局(新生代、老生代)，这些划分实际上都是为了更快更好的分配与回收。
• 方法区
          各个线程共享的内存区域，用于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。虽然《Java虚拟机规范》中把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫作“非堆”(Non-Heap)，目的是与Java堆区分开来。
  • 运行时常量池
            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表，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
            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，也就是说，并非预置入Class文件常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入，这种特性被开发人员利用得比较多的便是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。

扩展：
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。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
        在JDK 1.4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堆里面的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。显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存(包括物理内存、SWAP分区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，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。