Java虚拟机内存区域详解

众所周知，Java程序运行于Java虚拟机（JVM）上，那么，JVM运行的时候内存是如何分配的呢？程序中各部分变量都存储在内存的哪个部分，又如何访问，下面，就让我来给大家讲解Java虚拟机内存区域。

为什么需要了解Java虚拟机内存区域

相对于C++程序员，因为虚拟机的自动内存管理机制的存在，Java程序员很多时候并不需要去担心内存的泄露和内存溢出的问题。但是正是因为把内存的控制权交给了JVM，一旦出现内存泄露和溢出的问题，如果不了解虚拟机怎么使用内存，就很难排查错误。

内存泄露：一些对象在使用完毕之后，系统没有将对象占据的内存回收或者没有及时回收，造成浪费。

内存溢出：就是希望给某对象或变量分配内存的时候，内存不够

Java虚拟机内存区域解析

如下图所示，JVM所管理的内存包括以下几个运行时数据区



程序计数器：它是线程私有的内存。它的内存空间较小，作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解析器工作时通过改变这个程序计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。（也就是保证线程能够按照程序员希望的顺序执行）

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；如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器为空。本内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError异常情况的内存区域。

这部分内存为什么是私有的呢？因为在任意某一时刻，一个处理器只会执行一个线程中的指令。因此，为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程只见的计数器互不影响，独立存储。

虚拟机栈：它也是线程私有的内存，它也是我们平时笼统说法中的“栈内存”。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部内存表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被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从入栈到出栈的过程。但一个方法执行完后，这个栈帧就会被内存回收，这时，这个方法里面所定义的对象以及一些final变量等就变成了没有用处了，所以他们所占据的内存空间必须回收，否则就是内存泄露。

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（reference类型，它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它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retrunAddress类型（指向一条字节码指令的地址）

虚拟机栈内存区域存在两种异常状况：

1、如果线程请求的栈深度（可以理解为栈的长度）大于虚拟机所允许的深度，将会抛出StackOverflowError异常

2、如果虚拟机栈可以动态扩展，但当扩展时无法申请到足够的内存时将会抛出OutOfMemoryError异常

本地方法栈：它也是线程私有的内存。它与虚拟机栈所发挥的功能和作用相似，只是虚拟机栈为虚拟机所执行的方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

Java堆：它是线程共享的，它也是我们笼统说法中的“堆内存”。它是虚拟机所管理的内存中最大的一块，在虚拟机启动的时候创建。此内存区域存在的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因为几乎所有的对象实例都在这里分配内存，当对象使用完毕，垃圾收集器管理器应该将这部分内存回收

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只是逻辑上连续即可。如果在堆中没有内存完成对象实例的分配，并且堆也无法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常

方法区：它是线程共享的 。它用于存储已经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。

相对于Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，Java虚拟机对方法区的限制非常宽松，它还可以选择不实现垃圾回收。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

常量池是方法区的一部分，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存放在方法区运行时常量池中。

当方法区无法满足内存分配需求时，会抛出OutOfMemoryError异常

直接内存：直接内存并不是JVM管理的内存，可以这样理解，直接内存，就是JVM以外的机器内存，比如，你有4G的内存，JVM占用了1G，则其余的3G就是直接内存，JDK中有一种基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的内存分配方式，将由C语言实现的native函数库分配在直接内存中，用存储在JVM堆中的DirectByteBuffer来引用。由于直接内存收到本机器内存的限制，所以也可能出现OutOfMemoryError的异常。

至此，我们已经知道Java程序中各部分变量都存储在JVM内存的哪个部分，以及各内存区域的作用，是不是有一种豁然开朗的感觉

我们将在下一篇博文中介绍，JVM如何实现对象的访问