JVM学习之：内存分区

java虚拟机主要分为以下几个区:

一、程序计数器

1.1 什么是程序计数器：

程序计数器（Progarm Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），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、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

JVM的多线程是通过CPU时间片轮转（即线程轮流切换并分配处理器执行时间）算法来实现的。也就是说，某个线程在执行过程中可能会因为时间片耗尽而被挂起，而另一个线程获取到时间片开始执行。当被挂起的线程重新获取到时间片的时候，它要想从被挂起的地方继续执行，就必须知道它上次执行到哪个位置，在JVM中，通过程序计数器来记录某个线程的字节码执行位置。因此，程序计数器是具备线程隔离的特性，也就是说，每个线程工作时都有属于自己的独立计数器。

1.2 程序计数器的特点：

• 线程隔离性，每个线程工作时都有属于自己的独立计数器。
• 执行java方法时，程序计数器是有值的，且记录的是正在执行的字节码指令的地址（参考上一小节的描述）。
• 执行native本地方法时，程序计数器的值为空（Undefined）。因为native方法是java通过JNI直接调用本地C/C++库，可以近似的认为native方法相当于C/C++暴露给java的一个接口，java通过调用这个接口从而调用到C/C++方法。由于该方法是通过C/C++而不是java进行实现。那么自然无法产生相应的字节码，并且C/C++执行时的内存分配是由自己语言决定的，而不是由JVM决定的。
• 程序计数器占用内存很小，在进行JVM内存计算时，可以忽略不计。
• 程序计数器，是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError的区域。

二、虚拟机栈

2.1 什么是虚拟机栈：

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都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

2.2 虚拟机栈特点：

• 虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。
• 局部变量表里存储的是基本数据类型、returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）和对象引用，这个对象引用有可能是指向对象起始地址的一个指针，也有可能是代表对象的句柄或者与对象相关联的位置。局部变量所需的内存空间在编译器间确定
• 操作数栈的作用主要用来存储运算结果以及运算的操作数，它不同于局部变量表通过索引来访问，而是压栈和出栈的方式
• 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.动态链接就是将常量池中的符号引用在运行期转化为直接引用。
• 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；
  如果虚拟机可以动态扩展，扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

三、本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）和虚拟机栈类似，只不过本地方法栈为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。

四、堆

4.1 什么是堆：

Java堆（Java Heap）是Java虚拟机管理的内存中最大的一块区域。是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此区域唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java虚拟机规范中描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有对象都在分配在堆上也渐渐变得不那么绝对。

4.2 堆的特点：

• Java堆可分为新生代和老年代
• 新生代分为Eden区和survivor区（两块儿：from survivor和to survivor）

五、方法区

5.1 什么是方法区：

方法区（Method Area）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、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个名字叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开。

5.2 方法区特点：

• 有时候也成为永久代，在该区内很少发生垃圾回收，但是并不代表不发生GC，在这里进行的GC主要是对方法区里的常量池和对类型的卸载
• 方法区主要用来存储已被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量和即时编译器编译后的代码等数据。
• 该区域是被线程共享的。
• 方法区里有一个运行时常量池，用于存放静态编译产生的字面量和符号引用。该常量池具有动态性，也就是说常量并不一定是编译时确定，运行时生成的常量也会存在这个常量池中。