JVM学习之运行时数据区域

JVM运行时数据区域如下图所示。

1 程序计数器

线程私有。类似于硬件中的PC计数器。它是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机概念模型中，字节码解释器在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，因此，分支、循环、跳转、异常处理、线程回复等都是依赖于这个计数器来完成的。

注1： 如果线程正在执行的是以Java方法，它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，它的值则为空（Undefined）。

注2： 该内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2 Java虚拟机栈

线程私有，与线程生命周期相同。它所描述的是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）用于存储局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。一个方法调用到执行完成的过程，对应着一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈的过程。

注： 如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，抛出StackOverFlowError异常；如果虚拟机可以动态扩展，扩展时无法申请到足够的内存，抛出OutOfMemoryError异常。

3 本地方法栈

线程私有。类似于Java虚拟机栈。区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

注1： Sun HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

注2： 也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

4 Java堆

线程共享。用于存放几乎所有对象（包括数组对象）的实例。 Java堆是GC管理的主要区域，具体可以分为：新生代和老年代，包括Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。如果是多线程，还可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB）。

注1： Java堆可以物理上不连续，但是必须逻辑上连续。

注2： 堆中没有空间完成实力分配，并且也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

5 方法区

线程共享，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。该区域内存回收目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载。

注1： 和Java堆一样不需要连续内存，可固定大小也可扩展。

注2： 可以选择不实现垃圾收集。无法满足内存分配时，抛出OutOfMemoryError异常。

6 运行时常量池

方法区的一部分。用于保存类加载后生成的各种字面常量和符号引用（对应于class文件中的常量池）。具有动态性，即不要求常量只有编译期才能产生，运行期间也可以将新的常量放入池中，使用较多就是String类的intern方法。

注： 无法申请到内存时抛出OutOfMemoryError异常。

7 直接内存

又叫堆外内存，不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是虚拟机规范中定义的内存区域，但是有可能抛出OutOfMemoryError异常。JDK1.4加入的NIO（New Input/Output）类中引入了一种基于通道与缓存的I/O方式，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。避免了频繁在Java堆和Native堆直接复制数据，在一些场景中可以显著提高性能。