深入理解JAVA虚拟机之JVM性能篇---基础知识点（运行时数据区域）

一、 运行数据区域划分

　　

　各个数据区域功能如下：

　1. 程序计数器：

　　较小的一块内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，这类内存区域称为“线程私有”的内存。

　　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. 栈：

　　线程私有，生命周期与线程相同，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。每一个方法从调用直至执行完成的过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

　　局部变量表：

　　　　存放编译期可知的各种基本数据类型（boolean,int,float,double,short,long,char,byte）,对象引用（reference）

　　　　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，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

　　　　Java虚拟机规范中对该区域规定了两种异常情况：

　　　　 a）如线程请求的深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError异常。

　　　　b）虚拟机栈动态扩展无法申请到足够的内存时，抛出OutOfMemoryError异常。

　3. 本地方法栈：

　　与虚拟机栈的区别在于本地方法栈是虚拟机使用到的Native方法，虚拟机规范对本地方法栈中的方法是用语言、使用方式与数据结构没强制规定，因此虚拟机可以自由实现，如Sun HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

　4. Java堆

　　所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区的唯一目的就是存放对象实例，所有的对象实例及数组都在堆上分配。

　　还可以分为新生代及老年代（再细致点可分为Eden空间，From Survior空间，To Survior空间），用于垃圾收集。

　　Java虚拟机规范中对该区域规定了OutOfMemoryError异常：如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法再扩展则抛出OutOfMemoryError异常。

　5. 方法区

　　所有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。

　　Java虚拟机对这个区域的限制非常宽松，处理和Java对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，还可以选择不实现垃圾收集。

Java虚拟机规范中对该区域规定了OutOfMemoryError异常： 如果方法区的内存空间不能满足内存分配请求，那Java虚拟机将抛出一个OutOfMemoryError异常。

　6. 运行时常量池

　　方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面常量和符号引用，这部分内容在类加载后存放到方法区的常量池中。

　　Java虚拟机规范中对该区域规定了OutOfMemoryError异常： 当常量池无法申请到内存时抛出OutOfMemoryError异常。

　7. 直接内存

　　直接内存并不是虚拟机运行时数据区域的一部分，也非Java虚拟规范中定义的内存区域，但这部分内存也被频繁使用，并且可能导致OutOfMemoryError异常出现。Java虚拟机需要根据实际内存的大小来设置-Xmx等参数信息，如果忽略了直接内存，使得各个内存区域的总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时抛出OutOfMemoryError异常。

二、堆与栈

　　堆和栈是程序运行的关键，其间的关系有必要理清楚，两者如下图所示：

　　

　　1. 堆：

　　所有线程共享，堆中只负责存储对象信息。

　　2. 栈：

　　在Java中每个线程都会有一个相应的线程栈与之对应（因为不同的线程执行逻辑有所不同，因此需要一个独立的线程栈），栈是运行单位，因此里面存储的信息都是跟当前线程（或程序）相关的信息，包括局部变量、程序运行状态、方法返回值等;

　　3. 总结：

　　栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。

三、JAVA对象的大小

　　在Java中，一个空Object对象的大小是8byte，这个大小只是保存堆中一个没有任何属性的对象的大小。看下面语句：

　　Object a = new Object();

　　这样在程序中创建了一个对象a,它所占的空间为：4byte+8byte。4byte是栈中保存引用所需的空间,8byte是Java堆中对象的信息所占的空间。

　　因为所有的Java非基本类型的对象都需要默认继承Object对象，因此不论什么样的Java对象，其大小都必须是大于8byte。

　　再如创建如下一个对象：

　　Class NewObject {

    　　int count;
   　　 boolean flag;
   　　 Object ob;
　　}

　　其大小为：空对象大小(8byte)+int大小(4byte)+Boolean大小(1byte)+空Object引用的大小 (4byte)=17byte。

　　但Java在对对象内存分配时都是以8的整数倍来分，因此大于17byte的最接近8的整数倍的是24，因此此对象的大小为24byte。