深入理解JVM内存模型-优快云博客

声明：本系列内容绝大部分来源于周志明老师的《深入理解Java虚拟机》第2版，如果内容来源于网络，会注明出处，另外能力有限，难免出错，望指出，谢谢！

JVM的内存模型主要分为线程私有区域（虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器）、线程共享区域（方法区、java堆）、直接内存。

1、线程私有区域：线程私有区域是每个线程私有的，由于JVM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，为了线程切换后能恢复到正常的执行位置，因此虚拟机栈（描述java方法执行）、本地方法区（描述native方法执行）、程序计数器（描述当前java方法执行的位置）必须是线程私有的；线程私有区域的生命周期与线程相同，在java虚拟机中，由于java线程和操作系统原生线程存在直接映射关系，因此这部分内存的创建/销毁与原生线程的生/死相对应。

2、线程共享区域：在运行期所有线程都共享的区域，包括java堆和方法区；线程共享区域的生命周期与虚拟机的相同，随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。

3、直接内存：直接内存并不是JVM运行时数据区的一部分，但是这部分内存也常被使用。在JDK1.4中引入了NIO，基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，并通过存储在Java堆中的Native对象作为这块内存的引用进行操作，这样就避免了再Java堆和Native堆中来回复制数据，因此在一些场景下可以显著提高性能。

1.1、程序计数器：是一块较小的内存空间，可以看做当前线程所执行的字节码行号指示器，如果正在执行的是Java方法，这个计数器存储的就是正在执行的虚拟机字节码指令地址，如果正在执行的是Native方法，它的值为空（Undefined）。这个区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定OOM（OutOfMemoryError）情况的区域。

1.2、Java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完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

栈帧用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，同时也被用来处理动态链接、方法返回地址等操作，栈帧随着方法的创建儿创建，随着方法的结束而销毁。

虚拟机栈规定了两种异常情况

如果线程请求的栈深度>虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverFlow异常，这种异常就是调用的层次太深了，模拟就用无限递归就可以实现：

public class TestStackOverFlowError {
    public static void main(String[] args) {
        new TestStackOverFlowError().infiniteRecursion();
    }

    public void infiniteRecursion() {
        System.out.println("in method");
        infiniteRecursion();
    }
}

若虚拟机允许动态扩展，且无法申请到足够的内存，就会抛出OOM异常。

1.3、本地方法栈：本地方法栈的作用与虚拟机栈的作用非常类似，不同点就是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机用到的Native方法服务。

2.1、Java堆：是线程共享的一块内存区域，所有的对象和数组都会在堆上分配，同时也是垃圾收集区域最重要的区域，由于现代垃圾收集器大都采用分代收集算法，因此从GC的角度划分，堆还可以细分为：新生代（Eden、Survivor From和SuvivorTo）和老年代。当老年代不足的时候就会抛出OOM异常。

2.2、方法区：即我们常说的永久代。用于存储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。HotSpot JVM把GC扩展至方法区，即使用Java堆中的永久代来实现方法区，这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理堆一样去管理方法区，而不用为方法区开发专门的内存管理器；永久代的垃圾回收主要针对常量池的回收（废弃常量）和类型卸载（废弃不用的类），因此收效很低。如果方法区无法申请到足够的内存时，将抛出OOM异常。

2.3、运行时常量池：是方法区的一部分，用于存储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常量池中存放；运行时常量池相对于Class文件常量池另一个重要特征是具备动态性，运行期也可以将新的常量放入池中，常用的便是String类的intern()方法，intern()方法被调用时，如果运行时常量池中包含一个等于此String对象的字符串，则返回池中的字符串；如果不存在此对象则添加到池中并返回。如果常量池无法申请再申请到内存时就会抛出OOM异常。