深入理解Java虚拟机-内存区域

java虚拟机执行Java程序把管理的内存分为若干个不同的数据区域。各区域有各的用途，创建销毁时间，有些区域随着虚拟机进程启动而存在，有些区域是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。java虚拟机管理的内存区域包括以下几个运行时数据区，如下图

1、程序计数器（program counter register）

较小的内存空间，当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改为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。

java虚拟机的多线程是线程轮流切换CPU时间片来实现，任何时刻，一个处理器只能执行一个线程的指令。线程切换后恢复到执行位置，每个线程需要一个独立计数器，线程私有。

java方法，计数器是虚拟机字节码地址；native方法，计数器为空，计算器必须要容纳方法的返回地址或者指针。该区域唯一一个没有规定OutOfMemoryError的区域。

2、虚拟机栈

线程私有，声明周期与线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型，每个方法执行创建一个栈帧存储操作数栈、动态链接、局部变量表等信息。每个方法调用到完成相当于虚拟机栈中的入栈与出栈。

固定大小，也可扩展与收缩。固定大小需要独立创建。动态扩展与收缩提供最大与最小。

规定两种异常：栈深度超过虚拟机的深度报StackOverflowError；扩展内存时，栈无法申请到内存，报OutOfMemoryError错误

3、本地方法栈

与虚拟机栈相似，也抛两个异常。对本地方法的使用语言使用方式与数据结构没有规定。

4、java堆

内存最大，线程共享，几乎存放所有对象实例以及内存分配。所有类的实例和数组对象都要在堆中分配。

java堆是垃圾收集器的主要区域，也称GC堆。收集器按分代收集算法，细分为新生代和老年代，新生代又分Eden空间、From Survivor、To Survivor空间。线程共享的java堆中可能划分多个线程私有的分配缓冲区。反正存放实例，再分为了更快回收与分配。

java堆可以使物理不连续，逻辑上连续，可固定大小，可扩展与收缩 （-Xms与-Xms控制），内存不足报OutOfMemory异常。

5、方法区

线程共享区域，存储加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代买数据。虚拟机启动时方法被创建。

HotSpot虚拟机方法区被称为永久代，永久代不等价方法区，把GC分代收集扩展到方法区，jdk8移除永久代，用本地内存代替。

不要连续内存，可以扩展内存，可以选择不垃圾收集（垃圾收集不理想），内存不足时报OutOfMemory异常。

6、运行时常量时

方法区的一部分。class方法中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有常量表，存储编译期生成的各种字面量和符号引用。

java常量不一定只在编译器产生，程序也可以新添加，如String类的intern()方法。

常量池内存不足报OutOfMemory异常。

7、直接内存

不是运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范定义的内存区域，但这部分内存频繁使用，也可能导致OutOfMemoryError错误出现。垃圾收集时，会对直接内存收集，但不会像新生代和老年代那样，发现不足就触发收集，它只能等到老年代满了后FullGC时，顺便清理掉直接内存中废弃的对象。

jdk1.4加入NIO，引入基于通道（channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方法，它可以直接使用Native函数直接分配堆外内存，通过java堆中DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。提高一些场景性能，避免java堆与native堆中来回复制数据。