JVM内存模型

本文来自《深入理解Java虚拟机》

JVM内存模型：

1. 程序计数器

程序计数器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的行号指示器。字节码解释器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、跳转等都依赖于程序计数器。

在任意确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令，为了保证每个线程在调度过程中能正确恢复执行，每条线程都需要有一个独立的程序计数器。

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；
如果线程正在执行的是 Native 方法，这个计数器值则为空（Undefined）

此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域
 
 

2. 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。

局部变量表中存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、returnAddress（指向了一条字节码指令的地址）。其中 long 和 double 类型的数据会占用 2 个局部变量空间（Slot），其余类型只占用一个。

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，一个方法在栈帧中分配的局部变量空间是固定的，方法运行期间不会改变其大小。

这个区域规定了两种异常状况：

• 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。（递归过深）
• 如果虚拟机栈可以动态扩展（现在大部分 Java 虚拟机都可以动态扩展），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出 OutOfMemoryError 异常。（容器对象添加过多数据）
   
   

3. 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈作用相似，区别在于虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的 Native 方法服务。

Java 使用本地方法，详情可参考：在 Windows 中实现 Java 本地方法

该区域异常状况与虚拟机栈一致，会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

 
 

4. 堆

一般来说，堆是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建，唯一目的就是存放对象实例。

Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也经常被称为 “ GC堆 ”，根据不同的垃圾回收机制，堆可以分为各种区域，详情可以研究 Java 虚拟机回收机制，这里不扩展。

在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以时可扩展的。当前主流的虚拟机都是按照可扩展的来实现的，通过设置虚拟机的参数 -Xmx 和 -Xms 控制，前者是最大堆内存，后者是初始堆内存。

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

 
 

5. 方法区

方法区与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，他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。

方法区相对于堆区来说，垃圾收集行为在这里是比较少出现的。这个区域的回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说，这个区域的回收 “ 成绩 ” 比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件十分苛刻。

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

6. 常量池

常量池是方法区的一部分。Class 文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期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存放。

Java 中并不要求常量一定是编译期才能产生，也就是并非预置于 Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，最常用的就是 String 类的 intern() 方法将字符串放入常量池中。

当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。