深入理解Java虚拟机（一）——Java内存区域

一、程序计数器

程序技术器是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），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要依赖计数器完成。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器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个线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的位置，每条线程都需要一个程序计数器，因此程序计数器是线程私有的。

如果线程正在执行一个Java方法，计数器的值为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，计数器值为空（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。

二、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。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。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在Java虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型（byte、short、int、long、double、float、char、boolean）、对象引用和returnAddress（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长的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一个。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，这个方法需要再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。

如果线程所请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，在扩展时申请不到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

三、本地方法栈

与虚拟机栈发挥的作用非常相似，它们之间的区别不过是服务对象不同，一个是为虚拟机执行Java方法服务，一个是为虚拟机使用到的Native方法啊服务。

四、Java堆

对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中的最大的一块。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实例对象，几乎所有的实例对象都在这里分配。所有的对象实例和数组都要在堆上分配。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，Java堆可以细分为新生代和老年代；再细致一点可以分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。不管如何划分，目的都是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。

Java堆可以处于物理上不连续的空间，只要逻辑上是连续即可。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法扩展时，抛出OutOfMemoryError异常。

四、方法区

方法区是线程共享的内存区域，用于存储已被加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。

除了和Java堆一样不需要连续的内存空间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回收。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

五、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、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，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进入方法区的运行时常量池中存放。

运行时常量池具备动态性，Java语言并不要求常量只有编译期才能产生，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得比较多的便是String类的intern方法。

当常量池无法申请到内存时，抛出OutOfMemoryError异常。