JVM内存区域划分

JVM内存区域是指JVM Runtime Data Area（运行时数据区），因此在了解JVM内存区域划分之前，有必要先了解Java程序是怎样运行的。下面首先简单介绍Java程序的运行过程。
要了解详细的运行过程，可以参考这个博客
java拾遗4----一个简单java程序的运行全过程。

1.Java程序运行过程

Java程序是交由Java虚拟机执行的，下图是Java程序的运行过程：

1. Java编译器编译
   Java源程序（.java）由Java编译器编译为字节码文件（.class）；
   一个.java文件中包含的每个类和接口，都被相应编译为一个.class文件；
   JVM真正执行的是.class字节码文件，从而实现了Java的跨平台性。
2. 类加载器加载
   类加载器通过classpath找到相应的.class文件，读取字节流中的数据，放到内存中的方法区；
   为静态变量和方法分配空间并初始化变量。
3. 执行引擎执行字节码
   执行引擎找到程序入口函数main( )，执行其中的字节码指令；
   执行引擎通过Java字节码解释器和JIT（Just In Time）编译器把字节码转为机器码，然后在硬件环境上执行。

在整个程序运行过程中，JVM分配一段内存来存储程序执行过程中用到的数据和相关信息，这段内存即JVM Runtime Data Area （运行时数据区），也通常简称作JVM内存。

2. JVM 内存区域划分

JVM运行数据区划分如图：
其中堆和方法区为线程所共享；
虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器为线程私有。

1. 程序计数器（the Program Counter Register）
   程序计数器是每个线程所私有的，用来指示CPU执行哪一条指令。Java的多线程执行是由多个线程轮流切换获得CPU执行时间的，一个CPU内核在同一时间只能执行一条指令，为了保证每个线程在得到执行时间时能够获取上次执行的位置，需要每个线程自己的程序计数器来标记指令执行位置，因此程序计数器是每个线程私有的。
   在任何时候，每个Java虚拟机线程都在执行单个方法的代码，如果线程执行的是非native方法，则程序计数器保存的是当前虚拟机正在执行的指令的地址；如果线程执行的是native方法（非Java语言实现的方法），则程序计数器中的值是“Undefined”（未定义）。
   每个程序计数器内存足够宽，而且计数器中保存的数据大小恒定，所以不会发生内存溢出（OutOfMemory）现象。
2. Java虚拟机栈（Java VM Stacks）
   每个Java虚拟机线程对应一个私有Java虚拟机栈，与线程生命周期相同，每个Java虚拟机栈由一个个栈帧组成，每个栈帧对应一个被调用的方法，其内存物理不连续。
   当线程调用一个方法时，就会随之创建一个栈帧，并将创建的栈帧压入栈顶，方法调用完毕后，将该栈帧弹出。
   每个栈帧中包括局部变量表（Local Variables）、操作数栈（Operand Stack）、指向当前方法所属的类的运行时常量池引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些其他栈帧信息。
   Java虚拟机栈有两种异常状况：
   (1) 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度时，抛出StackOverflowError异常；
   (2) 如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
3. 本地方法栈（Native Method Stacks）
   本地方法栈与Java虚拟机栈的作用相类似，区别是Java虚拟机栈为执行Java方法服务，而本地方法栈为本地方法服务。HotSpot直接把Java虚拟机栈和本地方法栈合二为一。
4. 堆（Heap）
   堆内存是Java虚拟机所管理的内存区域最大的一块，在启动Java虚拟机时被创建，用来存储程序运行时创建的对象和数组，由所有线程共享。
   堆是固定大小的，也可以根据计算需要进行扩展或收缩，其内存物理不连续。
   对象的堆存储空间由自动存储管理系统（垃圾回收器）回收，而不会被显式地释放。
   如果堆中的剩余内存不足以为对象分配空间，并且堆内存不能再扩展时，会抛出 OutOfMemoryError。
5. 方法区（Method Area）
   方法区被Java虚拟机中的所有线程共享，用于存储每个被加载的类的结构，例如运行时常量池，数据域和方法域，以及方法和构造函数的代码。
   方法区在启动虚拟机时被创建，逻辑上是堆的一部分，但可以选择不用垃圾回收器管理。
   堆方法区是固定大小的，也可以根据计算需要进行扩展或收缩，其内存物理不连续。如果方法区域中的内存无法满足分配请求，则Java虚拟机会抛出OutOfMemoryError。
6. 运行时常量池（Run-time Constant Pool）
   每个运行时常量池从方法区中分配，当类或接口被加载到方法区时，相应的运行时常量池也被构造。
   运行时常量池不仅可以存放编译时生成的各种字面变量、符号引用、直接引用，在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中，如运行时解析的方法和字段引用。
   在创建类或接口时，如果运行时常量池的构造需要的内存比Java虚拟机的方法区域中可用的内存多，则Java虚拟机会抛OutOfMemoryError。