本博客参考《深入理解Java虚拟机》（第二版）一书，提取重点知识，再加以个人的理解编写而成。转载请标明来源。

JVM划重点 第二章 Java内存区域与内存溢出异常 之 运行时数据区域

• 概述
• 运行时数据区域
• 程序计数器
• Java虚拟机栈
• 本地方法栈
• Java堆
• 方法区
• 运行时常量池
• 直接内存

概述

在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不需要为new操作去写配对的delete/free代码。但正因为把内存控制的权力交给了虚拟机，一旦出现内存泄漏或溢出问题，如果不了解虚拟机如何管理内存，将很难定位解决问题。

运行时数据区域

JVM在执行Java程序时将管理的内存划分为若干不同的数据区域，各有各的创建、销毁时间，以及各自的用途。有的随虚拟机进程的启动而存在，有的因用户线程的启动和结束而建立和销毁。

程序计数器

1. 程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，可看作是当前线程所执行的字节码指示器。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，线程恢复等基本功能都需要依赖这个计数器完成。
2. 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实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令，因此，为了使线程切换后能准确定位到执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各线程间的程序计数器互不影响，独立存储。称这类内存区域为“线程私有的内存”。
3. 如果线程正在执行一个Java方法，这个计数器记录了正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果执行本地方法，则计数器的值为空（Undefined）。
4. 此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有OutOfMemoryError情况的区域。
5. 理解程序计数器可参考本链接

Java虚拟机栈

1. Java虚拟机栈也是线程私有的，声明周期与线程相同。
2. 描述了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、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，对应一个栈帧在虚拟机栈从入栈到出栈的过程。
3. 通常有人粗糙地把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这里的栈内存其实就是现在讲的虚拟机栈（或者说虚拟机栈中的局部变量表）。
4. 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（byte、boolean、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。long和double类型的数据占用2个局部变量空间（Slot），其余数据类型占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
5. 对虚拟机栈规定了两种异常：

• 线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，抛出StackOverflowError异常。
• 如果虚拟机栈可以动态扩展（当前基本都可以扩展，只不过同时也允许固定长度的虚拟机栈），且扩展时无法申请到足够的内存，抛出OutOfMemoryError异常。
  

本地方法栈

1. 本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别是虚拟机栈为执行Java方法服务，而本地方法栈为执行本地方法服务。
2. 虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式和数据结构没有硬性规定，具体的虚拟机可自由地实现，甚至有的虚拟机将本地方法栈与虚拟机栈合二为一。
3. 本地方法栈区域抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

1. 一般来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。所有线程共享这块内存区域，在虚拟机启动时创建。
2. 该区域唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象实例在这里分配内存。
3. Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。因垃圾收集器一般采用分代收集算法，所以Java堆可以分为新生代和老年代。更可细分为Eden空间，From Suvivor空间，To Survivor空间等。
4. 根据Java虚拟机规范，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间，只要逻辑上连续即可。
5. Java堆得大小可以固定，也可以扩展（一般来说都可扩展，通过 -Xmx和-Xms控制）
6. 如果堆中没有内存完成实例分配，且堆无法再扩展时，抛出OutOfMemoryError异常。
7. 希望下图给你带来启发：
   

方法区

1. 方法区（Method Area）是个线程共享的内存区域。用于存储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。
2. 有些人愿意把方法区称为“永久代”（把方法区理解为Java堆中“几乎永久”的内存区），但本质上两者并不等价。之所以这样理解是因为HotSpot虚拟机的设计团队将GC分代收集扩展至方法区。
3. 不需要连续的物理内存，逻辑上连续即可。
4. 可以选择固定大小，也可以扩展。
5. 可以选择不实现垃圾收集。
6. 这个区域的内存回收目标主要是对常量池的回收和对类型的卸载。
7. 当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

1. 运行时常量池（Runtime Constant pool）是方法区的一部分。
2. Class文件中有一项信息是常量池（Constant Pool Table），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。
3. 运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特质是具有动态性。Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，运行期间也可将新的常量放入池中，如String类的intern()方法。
4. 运行时常量池是方法区的一部分，当无法申请到内存时抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

1. 直接内存（Direct Memory）并不是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。
2. 在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用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对象对这块内存进行操作（提高性能，避免Java堆和Native堆中来回复制数据）。
3. 本机直接内存大小不受Java堆大小限制，但受本机总内存大小以及处理器寻址空间限制，从而导致动态扩展时抛出OutOfMemoryError异常限制。