運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程中會把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存包括如下幾個部分：

運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的空間谍憔，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器狸驳。由于Java虛擬機(jī)的多線程是通過線程輪流切換并分配處理其執(zhí)行時間的方式來實(shí)現(xiàn)的荚斯，在任何一個確定的時刻氮凝，一個處理起都只會執(zhí)行一條線程中的指令昵骤。因此為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要一個獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器记罚，各條線程之間計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲壳嚎。

如果線程正在執(zhí)行一個Java方法桐智，這個計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址；如果線程正在執(zhí)行的是一個Native方法烟馅，這個計(jì)數(shù)器則為空说庭。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

Java虛擬機(jī)棧

虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀用于存儲局部變量表焙糟、操作數(shù)棧口渔、動態(tài)鏈接、方法出口等信息穿撮。如下：

運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

每一個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程缺脉，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程。

局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型悦穿、引用類型（reference類型攻礼，它不等同于對象本身，可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔樌跗猓部赡苁侵赶蛞粋€代表對象的句柄或其他與此對象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）礁扮。

局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個方法時瞬沦，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量表空間是完全確定的太伊，在方法運(yùn)行期間不會改變局部變量表的大小。

在Java虛擬機(jī)規(guī)范中逛钻，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度（例如一個方法循環(huán)的遞歸自己僚焦，不加任何控制），將拋出StackOverflowError異常：如果虛擬機(jī)検锒唬可以動態(tài)擴(kuò)展芳悲，擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存立肘，就會拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

本地方法棧與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的名扛，它們之間的區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法服務(wù)谅年，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用Native方法服務(wù)。與虛擬機(jī)棧一樣肮韧，本地方法棧也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常融蹂。

Java堆

Java堆是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域惹苗，在虛擬機(jī)啟動時創(chuàng)建殿较。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存桩蓉。虛擬機(jī)規(guī)范中是這樣描述的：所有的對象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配淋纲。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱作“GC堆”院究。具體的垃圾回收后面文章再詳細(xì)說洽瞬。

根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中业汰，只要邏輯上是連續(xù)的即可伙窃，就像我們的磁盤空間一樣。在實(shí)現(xiàn)時样漆，既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的为障，也可以是擴(kuò)展的，不過當(dāng)前主流虛擬機(jī)都是可擴(kuò)展的（通過-Xmx和-Xms控制）放祟。如果堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配鳍怨，并且堆也無法再擴(kuò)展時，就會拋出OutOfMemoryError異常跪妥。

方法區(qū)

方法區(qū)與Java堆一樣鞋喇，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息眉撵、常量侦香、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)纽疟。

對于HotSpot虛擬機(jī)罐韩，方法區(qū)也可以叫做“永久代”（后面垃圾回收文章中將會詳細(xì)解釋）。Java虛擬機(jī)規(guī)范對方法區(qū)的限制非常寬松污朽，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存空間和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外伴逸，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集。

根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時错蝴，將拋出OutOfMemoryError異常。

運(yùn)行時常量池

運(yùn)行時常量池是方法區(qū)的一部分颓芭。Class文件中除了有類的版本顷锰、字段、方法亡问、接口等描述信息外官紫，還有一項(xiàng)信息是常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用州藕，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時常量池中束世。一般來說，Java虛擬機(jī)還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運(yùn)行時常量池中床玻。

• 字面量：代碼中固定值的表示法毁涉，例如：int i = 1; 1就是字面量。
• 符號引用：在Java中锈死，編譯時贫堰，java類并不知道所引用類的實(shí)際地址，因此只能使用符號引用來代替待牵，比如People類中引用了Student類其屏，在編譯時，并不知道Student類的實(shí)際內(nèi)存地址缨该，只能使用符號com.simple.Student來表示Student類的地址偎行。
• 直接引用：程序運(yùn)行時可以定位到引用的東西（類、對象贰拿、變量或者方法等）的地址蛤袒。

運(yùn)行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態(tài)性，Java語言并不要求常量一定只有編譯期才能產(chǎn)生壮不，也就是并非預(yù)置于Class文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入運(yùn)行時常量池汗盘，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，例如String類的intern()方法询一。

既然運(yùn)行時常量池是方法區(qū)的一部分隐孽，自然也收到方法區(qū)內(nèi)存的限制，當(dāng)常量池?zé)o法再申請到內(nèi)存時將拋出OutOfMemoryError異常健蕊。

Class常量池是在編譯期每個class都有的菱阵，存放的是常量的符號引用。運(yùn)行時常量池是在類加載完成之后缩功，將每個Class常量池中的符號引用轉(zhuǎn)存到運(yùn)行時常量池中晴及，每個class都有一個運(yùn)行時常量池，類在解析之后嫡锌，將符號引用替換成直接引用虑稼。

直接內(nèi)存

直接內(nèi)存并不是Java虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分琳钉，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域。但這部分內(nèi)存也被頻繁的使用蛛倦，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)歌懒。在NIO中，引入了一種基于通道（Channel）于緩存區(qū)（Buffer）的I/O方式溯壶，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存及皂，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣能在一些場景中顯著提高性能且改，因?yàn)楸苊饬嗽贘ava堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)验烧。

直接內(nèi)存的分配不會受到Java堆大小的限制，但是又跛，既然是內(nèi)存碍拆，肯定還是收到本機(jī)總內(nèi)存大小的限制。服務(wù)器管理員在配置虛擬機(jī)參數(shù)時效扫，會根據(jù)實(shí)際內(nèi)存設(shè)置-Xmx等參數(shù)信息倔监，但經(jīng)常忽略直接內(nèi)存，從而導(dǎo)致出現(xiàn)OutOfMemoryError異常菌仁。