Java 运行期数据区

对于 Java 开发者来说，由虚拟机进行内存管理是把双刃剑，一方面免去了繁杂的内存管理工作，另一方面，一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，排查问题将成为一项艰难的工作。本文主要介绍 Java 运行时的内存区域。

JVM 在执行 Java 程序的过程中，会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。如图：

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

由于 JVM 的多线程是通过线程轮流切换病分配处理器执行时间的方式来执行的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（一个核心）只会执行一个线程中的指令。因此，为了县城切换后能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，各个线程之间计数器互不影响，独立存储。即，“线程私有”。

如果线程正在执行的是一个 Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的 Native 方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在 JVM 规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

注意：在虚拟机的概念模型中，字节码解释器工作时通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要以来这个计数器来完成。

Java 虚拟机栈

Java 虚拟机栈也是线程私有的，生命周期跟线程的相同。虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用到执行完成的过程，对应着一个栈帧在虚拟机中入栈道出栈的过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本类型、对象引用、指向一个代表对象的句柄、一个指向对象起始地址的引用指针或其他与此对象相关的位置、或者是 returnAddress 类型（指向一条字节码指令的地址）。

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

在 JVM 规范中，对该区域规定了两种情况的异常：

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出 StackOverflowError 异常；
如果虚拟机可以动态扩展，在扩展时如果无法申请到足够的内存，就会跑出 OutOfMemoryError 异常。

本地方法栈

与 Java 虚拟机栈类似，虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法（字节码）服务，本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。

本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError异常。

Java 堆

对于大多数迎来说，Java 堆是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，该区域被所有线程共享，在虚拟机启用时创建。几乎所有（JIT 技术的发展，让这里多了“几乎”）的对象实例和数组都在堆上分配内存。

从内存回收的角度来看，由于现在垃圾收集器基本都采用分带算法，所有Java堆中还可以细分为：新生代和老圣代；在细一点有 Eden 空间、From Survivor 空间， To Survivor 空间。（在之后垃圾回收的文章中会有介绍）。

根据 JVM 规范的规定，Java 堆可以处于物理上不连续的区域，只要逻辑上是连续的即可。

如果在堆中没有完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会跑出 OutOfMemoryError 异常。

方法区（永久代）

方法区也是各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、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

根据 JVM 规范的规定，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

运行时常量池时方法区的一部分。Class 文件中出了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后渐入方法区的运行时常量池存放。

运行时常量池相对于 Class 文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java 语言并不要求常量一定已有编译器期才能产生，也就是并非预置入 Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也能将新的常量放入池中。

参考：

图片来源：http://chenzhou123520.iteye.com/blog/1585224
《深入理解Java虚拟机》第2版