java虚拟机运行时数据区

　　

java虚拟机在运行的时候会把内存分为不同的区域，每个区域都有其特定额用途。java虚拟机运行数据区如图所示

 

 

 

1、程序计数器   

　　是一块较小的内存空间，是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，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，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来完成。

　　java虚拟机多线程是使用线程轮流切换并分配处理执行时间的方式来实现的，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。为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一套独立的线程计数器，这些计数器之间相互独立，独立存储，这个内存区域为“线程私有”。

　　如果线程正在执行一个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；如果是Naive方法，则计数器为空；这个区域不会出现OUtOfMemoryError异常。

2、java虚拟机栈

　　 java虚拟机栈也是线程私有，与线程的生命周期一致。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。每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

　　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、float、long、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）。

　　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。

　　如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，就会出现StackOverFlowException。如果允许动态扩展，在扩展的过程中，如果无法申请到足够的内存，则会抛出OutOfMemoryException异常。

 

3、本地方法栈

 

　　和java虚拟机栈的作用类似，不同点在虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈主要是为虚拟机使用到的Native方法提供服务。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。本地方法栈也会抛出StackOverFlowException和OutOfMemoryException异常。

 

4、java堆

　　堆是java虚拟机中内存中最大的一块，被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。作用就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都需要在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例和对象数组都需要在堆上分配。但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变的不是那么“绝对”了。

　　Java堆是java虚拟机内存回收的管理的主要区域，因此也被称为“GC”堆。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。不过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存放的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存。

　　根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，则抛出OutOfMemoryException异常

 

5、方法区

　　方法区和java堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。

　　对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来说，很多人愿意把方法区成为“永久代”，本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器可以向管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机来说是不存在永久代的概念的。

　　这个区域的内存回收的目标就是针对常亮池的回收和对类型的卸载，也是较为难处理的部分。

 

6、运行时常量池

　　运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等信息外，还有一项信息是常量池，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。对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把编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，也就是并非预置入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利用的比较多的便是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是会抛出OutOfMemoryError异常。