【介绍】JVM运行时内存

程序计数器

程序计数器（PC寄存器）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做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、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

每条线程都有一个独立的程序计数器，各条线程之间额计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存

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；如果执行的是Native方法，这个计数器值为空。

此内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它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。

每个方法被执行的时候都会同时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。每一个方法被调用直至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。

• 局部变量表

  局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）；包括this引用，对于类方法，方法参数从下标0开始，对于对象方法，位置0保留为this。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个。

  局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在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。

  在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈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，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。 ​

• 操作数栈：

  在执行字节码指令的时候使用，类似CPU寄存器。

• 动态链接：

  类当前方法的运行时常量池引用。

• 方法出口

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

此内存区域的唯一目的就是存放对象实力，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在对上分配。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称作“GC堆”。由于现在收集器基本都是采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。

根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

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、接口等描述等信息外，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存放到方法区的运行时常量池中。

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存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，但是这部分内存也被频繁的使用，而且可以导致OutOfMemoryError异常出现。

在JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于Channel与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堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或者分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。

jdk1.8开始已经取消方法区的概念了，改为了元空间（Metaspace）。

以上，是JVM运行时内存模型。