java内存结构

Java的内存结构

JVM的内存结构主要有三大块：堆、方法区和栈。堆内存是JVM中最大的一块，由年轻代和老年代组成，而年轻代内存又被分为三部分，Eden空间、FromSurvivor空间和ToSurvivor空间，默认情况下年轻代是按照8:1:1的比例来分配。

方法区存储类信息、常量、静态变量等数据，是线程共享的区域，为与Java堆区分，方法区还有一个别名Non-Heap（非堆）；栈又分为Java虚拟机栈和本地方法栈主要用于方法的执行。

JVM和系统调用之间的关系

方法区和堆是所有线程共享的内存区域；而java虚拟机栈、本地方法栈和程序员计数器是线程私有的内存区域。

1. Java堆（Heap）

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。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被成为“GC堆”。如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代，再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、ToSurvivor空间等。

根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的空间内存中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OOM（OutOfMemoryError）异常。

2. 方法区（Method Area）

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储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，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它有一个别名Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开。

对于习惯在HotSpot虚拟机上开发和部署程序的开发者来说，很多人愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。

Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。

根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OOM（OutOfMemoryError）异常。

方法区（Method）用于存储类结构信息的地方，包括常量池、静态变量、构造函数等类型信息，类型信息是由类加载器在类加载时从类文件中提取出来的。

3. 程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是JVM中一块较小的内存区域，保存着当前线程执行的虚拟机字节码指令的内存地址。Java多线程的实现，其实是通过线程间的轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现，在任何时刻，处理器都只会执行一个线程中的指令。在多线程的场景下，为了保证线程切换回来后，还能恢复到原先状态，找到原先执行的指令，所以每个线程都会设立一个程序计数器，并且各个线程之间不会互相影响，程序计数器为“线程私有”的内存区域。

如果当前线程正在执行Java方法，则程序计数器保存的是虚拟机字节码的内存地址，如果正在执行的是Native方法（非Java方法，JVM底层有许多非Java编写的函数实现），计数器则为空。程序计数器是唯一一个在Java规范中没有规定任何OutOfMemory场景的区域。

4. JVM栈（JVM Stacks）

虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）和线程是紧密联系的，每创建一个线程时就会对应创建一个Java栈，所以Java栈也是“线程私有”的内存区域，这个栈中又会对应包含多个栈帧，每调用一个方法时就会往栈帧中创建并压入一个栈帧，栈帧是用来存储方法数据和部分过程结果的数据结构，每一个方法从调用到最终返回结果的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。

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：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stacks Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出库等信息。每一个方法被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过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，本局不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

虚拟机栈是一个后入先出的数据结构，线程运行过程中，只有一个栈帧是处于活跃状态的，被称为“当前活动帧栈”，当前活动帧栈始终是虚拟机栈的栈顶元素。

5. 本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）和虚拟机栈的作用相似，不过虚拟机栈是为Java方法服务的，而本地方法栈是为Native方法服务的。

总结

1. 所有线程共享的内存数据区：方法区、堆。而虚拟机栈、本地方法炸和程序计数器都是线程私有的。
2. 存放于栈中的东西如下：

（1）每个线程中包含一个栈区，栈中只保存基础数据类型的对象和自定义对象的引用（不是对象）。对象都存放在堆区。

（2）每个栈中的数据（基础数据类型和对象引用）都是私有的，其他栈不能访问。

（3）方法的形式参数，方法调用完后从栈空间中回收。

（4）引用对象的地址，引用完后，栈空间地址立即被回收，堆空间等待GC。

1. 存放于堆中的东西：

（1）存储的全部是对象，每个对象包含一个与之对应的class信息。

（2）JVM只有一个堆区（heap）被所有线程共享，堆区中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身。

1. 存放于方法区的东西：

（1）存放线程所执行的字节码指令。

（2）跟堆一样，被所有线程共享，方法区包含所有的class和static变量；

（3）常量池位于方法区中