Java虚拟机之内存区域详解

Java虚拟机原理复习笔记-东东

Java虚拟机在运行java程序的时候会将它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，包括以下几个方面：

内存区域

程序计数器区域

较小的内存空间，作用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。在java虚拟机中的多线程工作机制里，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，那么线程频繁切换如何保证能恢复到上次的执行位置呢，这个就是通过程序计数器来完成。从上面很容易想到，每个线程都有自己独立的程序计数器，各个计数器之间互不干扰。该内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈

虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型，每个方法被执行时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表，操作栈，动态连接与方法出口等。虚拟机栈中我们较为关心的是局部变量表的部分，局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型，对象引用类型。它所需要的内存空间在编译期间完成分配，当执行一个方法时，这个方法在帧中需要分配多大的局部变量空间是完全确定的，且运行期间不会改变局部变量表的大小。

此内存区域规定了StackOverflowError和OutOfMemoryError两种异常。

虚拟机栈是线程私有的

本地方法栈

与虚拟机栈作用十分相似，区别在于虚拟机栈为Java方法服务，本地方法栈为Native方法服务。

Java堆

堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有的线程共享的一块区域，也成为GC堆，唯一目的就是存放对象实例。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可。Java堆可以实现为固定大小的和可扩展的两种，当前主流一般选择可扩展的方式（通过配置-Xmx和-Xms控制）。当Java堆中没有可用内存来完成实例分配，并且堆也无法在扩展的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

与Java对一样，是各个线程共享的区域，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。不需要连续内存，可扩展，还可以选择不实现垃圾回收，因为垃圾回收难以取得满意的效果。当方法区无法完成内存分配需求时候，将会抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

是方法区的一部分。常量池存放编译期生成的各种字面量和符号引用。具备动态性，常量并不一定在编译期间产生，运行期间也可以产生常量，并可以将其放入到常量池中。当常量池无法申请到内存的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存不属于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，但是当频繁使用时也会出现OutOfMemoryError异常。可以通过Native函数直接分配堆外内存，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，避免了在Java堆与Native堆中来回复制数据，可以显著提高性能。此内存分配不会受到Java堆大小的限制，但是会受到本机总内存带下的限制。

总结

总的来看，可以讲内存区域按照线程共享的数据区与线程隔离的数据区域进行划分，分为两类：

方法区与Java堆为线程共享数据区域

虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器属于线程隔离的数据区域