《深入理解Java虚拟机》笔记01 -- 运行时数据区

运行时数据区示意图

1. 程序计数器

占用一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。主要用来记录线程执行到哪条语句了，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能都需要依赖这个计数器来完成。

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；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2. Java 虚拟机栈

线程私有，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。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向了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，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

在Java虚拟机规范中，对该区域规定了两种异常状况：1） 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出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的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

3. 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

4. Java堆

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。几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

Java堆可分为：新生代和老年代。新生代又可细分为：Eden 区、From Survivor 区、To Survivor 区。

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OutOfMemoryError异常。

5. 方法区

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。有人也称方法区为“永久代”，但是本质上两者并不等价。某些虚拟机并不存在永久代的概念。

JDK1.8中，永久区被彻底移除，使用了新的元数据区存放类的元数据。默认情况下，元数据区只受系统可用内存的限制，但依然可以使用参数-XX:MaxMetaspaceSize指定永久区的最大可用值。

6. 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于代表会放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运行时常量池中存放。

7. 直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryerror异常。

在JDK 1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于Channel与缓冲区的I/O方式。它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBufer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场合中显著提高性能，因为避免了在java堆和native堆中来回复制数据。