Java的内存结构

Java中的内存结构

运行时数据区域的划分：

程序计数器（PC寄存器）

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作就是通过改变这个计数器的值来选择下一条执行的字节码指令，分支、跳转、循环、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器来完成。

Java虚拟机的多线程就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，在任何一个确定的时刻，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。为了线程切换后可以恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个独立的程序计数器，各个线程之间的计数器互相不影响，独立存储，这类区域也称为“私有线程”的内存。

线程执行Java方法，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果执行的是本地方法（Native），计数器为空（undefined）。程序计数器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

Java虚拟机栈（Java方法栈）

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）也是线程私有的，他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：每个方法在执行时都会创建一个栈帧（Stack Frame：方法运行时的基础数据结构）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从入栈到出栈的一个过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（byte、short、int、long、float、double、char、boolean）、对象引用（reference类型，它不等同与对象本身，可能是一个指向对象起始地址的指针，也可能是指向一个代表对象句柄或其它与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。其中的64位的long和double类型的数据会占用两个局部变量空间，其余数据类型只占用一个。（可以将局部变量表看成一个数组，long和double占用两个数组单元，其余占用一个数组单元，一个数组单元在64位的HotSpot上占用8个字节，32位的HotSpot上占用4个字节，这也意味着在局部变量表，除了long和double，其余的类型所占的空间大小是相同的。但是在堆上存储的字节长度与实际值域相吻合）局部变量表所需的内存空间在编译期间就完成了分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不回改变局部变量表的大小。

两个异常：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError异常。虚拟机的动态扩展无法申请到足够的内存，会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常类似的，他们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行java方法（也就是字节码）服务，二本地方法栈为虚拟机使用到的Navicat方法服务 。

本地方法栈也会抛出SatckOverflowError和OutOfMemoryError。

Java堆

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分配内存。 Java虚拟机规范中描述：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但是对着JIT编译器的发挥和逃逸技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也逐渐变得不是那么绝对。

Java堆可以处在物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆页无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

字符串常量池是在堆中存放和实现的。

方法区

方法区（Method Area）和Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量。即时编译编译后额代码等数据（字节码相关的文件）。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

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，还有常量池信息。常量池用于存放编译器生成的各种字面量（文本字符串、八种基本类型的值、被声明为final的常量等）和符号引用（类和方法的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符），当常量池无法申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。