JVM内存模型

Java虚拟机在执行java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。每个区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间。具体分区如下图所示：

1、Program Counter Register（程序计数器）：
      一块较小的内存空间，每个线程创建后都会产生自己的程序计数器和栈帧，程序计数器用来存放执行指令的偏移量和行号指示器，线程执行和恢复都要依赖程序计数器。程序计数器在各个线程之间互不影响，因此是线程安全的区域。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；如果正在执行的是native方法，这个计数器值则为空。 

      该区域不会发生内存溢出异常，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。

2、JVM Stack（虚拟机栈）：
      虚拟机栈是线程私有的，生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的的内存区域：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，栈帧包括，局部变量表：存放方法参数和局部变量的区域，如果是非静态方法则在index[0]的位置上存储的是方法所属对象的实例引用，随后是参数和局部变量。操作栈：一个初始状态为空的桶式结构栈。 动态连接：每个栈帧中包含一个在常量池中对当前方法的引用，目的是支持方法调用过程的动态连接。方法返回地址：1.正常退出；2.异常退出。
      该区域存在两种异常情况：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，并且扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

3、Native Method Stacks（本地方法栈）：

      与虚拟机栈的功能类似并且也是对线程私有的。虚拟机栈主内，为虚拟机执行java方法服务；本地方法栈主外，为虚拟机使用到的native方法服务，本地方法可以通过JNI来访问虚拟机运行时的数据区，甚至可以调用寄存器。

      本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4、Heap（堆区）：

      堆区是java虚拟机管理的内存中最大的、被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。存储着几乎所有的实例对象，因此也是OOM的主要发源地。堆是垃圾收集器管理的主要区域。-Xms最小堆容量，-Xmx最大堆容量。在线上生产环境中，JVM的Xms 、Xmx设置成一样的大小，避免在GC后调整堆大小时带来的额外压力。

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

5、Method Area （方法区）：

      方法区与堆区一样，是各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。

      当方法区无法满足内存分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

6、Runtime Constant Pool （运行时常量池）：

       运行时常量池时方法区的一部分。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进入方法区的运行时常量池中。但并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中如String类的intern()方法。

       当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

7、Direct Memory（直接内存）：

       直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但是这部分内存也被经常使用，如在JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道（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对象作为这块内存的引用进行操作，这样避免了Java堆和Native堆中来回复制数据。内存分配受到本机总内存大小和处理器寻址空间限制。

       如果忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制就会导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

 

***本文参考书籍为《深入理解Java虚拟机》***