[JVM] 0x00 Java内存结构/JVM内存结构

导语

学习Java虚拟机，首先要学习的就是内存结构。Java内存结构和JVM内存结构是同一个概念，指的是Java虚拟机的运行时数据区。而这篇博客主要是来介绍JVM内存结构是什么样的。

概览

以上两张图介绍了Java虚拟机的运行时数据区，我们可以看到以下的几块内存空间，接下来就对它们分别加以介绍：

PC寄存器

首先是PC寄存器。

Q：储存的是什么？

这是一块较小的内存空间，所存储的是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

Q：线程共享or线程私有？

因为各个线程之间，计数器是互不影响、独立存储的，所以PC寄存器是线程私有的内存。

Q：关于OutOfMemoryError和StackOverflowError?

这块区域不规定任何OutOfMemoryError的情况。

Q：其余？

如果线程正在执行的是一个Java方法，那么自然，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一个Native方法，那么计数器值为空（Undefined）。

(Note:关于Java方法和Native方法的区别，见[Java基础] 0x04 Java方法和Native方法。)

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks），其生命周期与线程相同。

Q：储存的是什么？

描述Java方法执行的内存模型。每个方法执行的同时，都会创建一个栈帧（Stack Frame）。栈帧存储的是局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。一个方法从调用到执行完毕的过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

Q：线程共享or线程私有？

线程私有，生命周期与线程相同。

Q：关于OutOfMemoryError和StackOverflowError?

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则抛出StackOverflowError异常。
如果虚拟机栈可以动态扩展，但扩展时无法申请到足够内存，则抛出OutOfMemoryError异常。

Q：其余？

其局部变量表所存放的是编译期可知的各种基本数据类型、对象引用（reference类型，不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型。

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）。

Q：储存的是什么？

描述Native方法执行的内存模型。

Q：线程共享or线程私有？

线程私有。

Q：关于OutOfMemoryError和StackOverflowError?

和Java虚拟机栈类似。

Java堆

Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，在虚拟机启动时创建。

Q：储存的是什么？

这块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。

Q：线程共享or线程私有？

所有线程共享。

Q：关于OutOfMemoryError和StackOverflowError?

堆可以实现成固定大小的，也可以实现成可扩展的。如果堆中没有内存来完成实例分配，也无法再扩展，抛出OutOfMemoryError异常。

Q：其余？

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，所以又称为GC堆（Garbage Collected Heap）。

方法区

方法区（Method Area）实际上是堆的一个逻辑部分，但是别名又叫non-heap，是为了与Java堆区分开来。

Q：储存的是什么？

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。

Q：线程共享or线程私有？

线程共享。

Q：关于OutOfMemoryError和StackOverflowError?

无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError异常。

Q：其余？

可以选择不进行垃圾收集。也很少出现垃圾收集。如果要回收，回收目标是对常量池的回收和对类型的卸载。

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。

Q：储存的是什么？

类加载后，编译器生成的各种字面量和符号引用进入运行时常量池。

Q：线程共享or线程私有？

线程共享。

Q：关于OutOfMemoryError和StackOverflowError?

无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError异常。

Q：其余？

具备动态性，也就是说运行期间也可能将信的常量放入池中。

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。

它不会受Java堆大小的限制，但是会受到本机总内存的限制，从而抛出OutOfMemoryError异常。

结束语

容易与Java内存结构相混淆的概念还有：Java内存模型、Java对象模型。
其中，
Java内存结构，主要是和Java虚拟机的运行时区域有关；
Java内存模型，主要和Java的并发编程有关；
Java对象模型，是指Java对象在虚拟机中的表现形式。

对Java内存模型和Java对象模型的介绍，会在后期学习过后进行补充。