Java虚拟机——运行时数据区域

java虚拟机章执行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，这些区域都有各自的用途。

1、程序计数器（线程私有

程序计数器是一块较小的 内存区域，它可以看做是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、异常处理等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

因为处理器在一个确定是时刻只会执行一个线程中的指令，线程切换后，是通过计数器来记录执行痕迹的，因而可以看出，程序计数器是每个线程私有的。

 

  如果执行的是java方法，那么记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址的地址，如果是native方法，计数器的值为

空（undefined）。

而且这个区域是java虚拟机规范中唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

2、java虚拟机栈（线程私有，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：每个方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口灯信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。

• 局部变量表：
  • 存放编译期可知的各种基本数据类型、对象引用类型和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址：函数返回地址）。
  • 局部变量表所需的内存空间在编译期确定，当进入一个方法时，方法在栈帧中所需要分配的局部变量控件是完全确定的，不可动态改变大小。
  • 异常：线程请求的栈帧深度大于虚拟机所允许的深度---StackOverFlowError，如果虚拟机栈可以动态扩展（大部分虚拟机允许动态扩展，也可以设置固定大小的虚拟机栈），但是无法申请到足够的内存---OutOfMemorError。

• 操作数栈：

  • 后进先出LIFO，最大深度由编译期确定。栈帧刚建立使，操作数栈为空，执行方法操作时，操作数栈用于存放JVM从局部变量表复制的常量或者变量，提供提取，及结果入栈，也用于存放调用方法需要的参数及接受方法返回的结果。
  • 操作数栈可以存放一个jvm中定义的任意数据类型的值。
  • 在任意时刻，操作数栈都一个固定的栈深度，基本类型除了long、double占用两个深度，其它占用一个深度

• 动态连接：

        每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。Class文件的常量池中存在有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用，一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用（如final、static域等），称为静态解析，另一部分将在每一次的运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。

• 方法返回地址：
  • 当一个方法被执行后，有两种方式退出该方法：执行引擎遇到了任意一个方法返回的字节码指令或遇到了异常，并且该异常没有在方法体内得到处理。无论采用何种退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行。方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数器的值就可以作为返回地址，栈帧中很可能保存了这个计数器值，而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。
  • 方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，如果有返回值，则把它压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。  

3、本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈的作用非常类似，区别是虚拟机栈执行java方法，本地方法栈执本地方法（Native声明的非java语言的方法）。有的虚拟机（例如Sun HotSpot）将本地方法栈和虚拟机方法栈合二为一。本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4、java堆（所有线程共享）

堆是虚拟机所管理的内存中区域最大的一块，在虚拟机启动时创建，此内存区域的唯一目的就是存放实例对象，几乎所有的对象的实例都在这里分配。

java堆也是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被成为 “GC堆” 。根据java虚拟机规范，堆可以是连续的物理内存，也可以是不连续的物理内存，只要逻辑上连续即可。堆在实现时，既可以是固定大小的，也可以是可扩展的。如果堆中没有足够内存来完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

5、方法区（所有线程共享）

方法区主要用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。在HotSpot虚拟机上又被叫做 “ 永久代 ”，是以为HotSpot虚拟机设计团队把GC分带收集扩展至方法区，或者说是用永久代实现了方法区，这样垃圾收集器可以想管理java堆一样来管理这部分内存。

同样，当方法区也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

6、运行时常量池

运行时常量池，也是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等信息外，还有一个区域是常量池，用于存放编译期间生成的各种字面量和符号的引用，在类加载后，在方法区的常量池存放。

常量池是方法区的一部分，所以同样，当无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

7、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虚拟机规范中的内存区域。

在jdk 1.4中引入了NIO（New I/O）一种基于通道和缓冲区（Buffer）的IO方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一些存储在java堆中的对象作为这块内存区域的引用来进行操作。

直接内存会受到本机内存的限制，会抛出OutOfMemoryError异常。