Java虚拟机运行时数据区

VM Stack

• 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务
• 虚拟机栈规定了两种异常：StackOverflowError和OutOfMemoryError

运行时数据区

• Java虚拟机运行时数据区
  

程序计数器

指向当前线程正在执行的字节码指令的地址（行号）
程序计数器（Program 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的行号指示器。Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的。该内存为线程私有内存。

Java虚拟机栈

存储当前线程运行方法所需的数据、指令、返回地址

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的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。

• 局部变量表包括：8种基本数据类型、对象引用（reference类型）、returnAddress类型
• 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务

本地方法栈

• 本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务
• 本地方法栈规定了两种异常：StackOverflowError和OutOfMemoryError

堆

对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的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。

方法区

也称”永久代” ，它用于存储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。是各个线程共享的内存区域。可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小
运行时常量池：是方法区的一部分，其中的主要内容来自于JVM对Class的加载
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符号引用，这部分内容将在类加载后放到方法区的运行时常量池中

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），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存放

直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现，所以我们放到这里一起讲解。

在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）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来进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，肯定还是会受到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

HotSpot虚拟机对象探秘

对象的创建

HotSpot虚拟机在Java堆中对象分配方式

• 堆内存连续，采用指针碰撞（Bump the Pointer）分配方式
• 堆内存不连续，采用空闲列表（Free List）分配方式

对象的内存布局

• 对象头（Header）：用于存储对象自身的运行时数据（如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等）
• 实例数据（Instance Data）：存储的是程序代码中所定义的各种类型的字段内容
• 对齐填充（Padding）：起着占位符的作用（由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍）