Java虚拟机(一)-Java内存区域

通过看深入理解java虚拟机这本书，大致总结一些笔记，或者提出一些问题，希望大家深入交流学习，第一次写博客，大家多多支持

Java虚拟机对于很多Java开发人员每天都在用，但是大部分人初学者对这些并不熟悉，这篇文章简单介绍一下Java虚拟机中的运行时数据区以及内存溢出异常

一、运行时数据区域

1.程序计数器

　　程序技术器可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，在虚拟机执行字节码的过程中就是通过这个计数器的值来选择下一跳需要执行的字节码的指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

　　java虚拟机中的多线程是通过切换线程并分配处理器执行时间的方式来实现的，所以每个线程要达到互不影响，那么就需要每个线程都有一个独立的程序计数器，各个线程之间的程序计数器互不影响，独立存储，所以是“线程私有”的内存。

　　如果当前线程执行的是java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码执行地址(这在后期的文章中介绍)；如果执行的是Native方法(底层是用C++或者其他语言来实现的)，这个计数器值则为空（Undefined）。这个区域是唯一一个在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

　　这部分主要是描述Java方法执行的内存模型：每个方法执行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，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出站的过程。其实这部分内存区域就是存储方法中我们声明的各种局部变量；全局变量通俗理解就是这个对象不仅仅只在这一个方法里面能够调用到，只要是在方法中声明的变量都是局部变量，这些都是存储在虚拟机栈中。因为储存的都是方法中的信息，每个线程之间的数据是不一样的，所以这部分是线程私有的。

　　局部变量表中存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用(reference类型，它不等同于对象本身，就是相当于一个指向对象其实地址的引用指针，可以理解为门牌号这些，这个对象引用在后面的jvm执行GC时来判断对象能否被GC回收)以及returnAddress类型（指向了一条字节码执行的地址）。

　　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；如果虚拟机栈可以动态的扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMenoryError异常。

3.本地方法栈

　　本地方法栈和虚拟机栈作用基本相似，区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用的Native方法服务，我们通常说的CAS一致性底层就是Native方法来确保的。在虚拟机 规范中对本地方法栈中方法使用的语言并没有强制规，因此具体的虚拟机可以自由的实现它。有的虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMenoryError异常。

4.Java堆

　　Java堆是Java虚拟机所管理 的内存中最大的一块。Java虚拟机是被所有线程所共享的一块内存区域。在虚拟机启动时创建。此内存区域的 唯一的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。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例 以及数组都要在 堆上分配，但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术(这里不知道和java多线程中的final关键字中的内容是否有关联)逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙变化，所有的对象都分配在堆上也主键变得不是那么“绝对”了。

　　Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”，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、To Survivor空间等。从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓存区TLAB(在下一篇文章会说明)。但是无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存（新生代和老年代的回收是不一样的）；或者是为了更快的分配内存。

　　Java堆可以处于物理上不连续的内存空间，只要轮机上是连续的即可。可以是固定大小的，也可以是可扩展的，不过主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制)。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

5.方法区

　　用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。因为是类信息，所有线程的类信息以及静态变量都是一样的，所以这一块内存区域是线程贡献的

　　异常：当内存无法满足分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

6.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，还有一项是常量池（Const Pool Table），用于存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。java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才进入方法运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。

　　异常：当内存无法满足分配需求时，将会抛出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；

　　JDK1.4加入了NIO，引入一种基于通道与缓冲区的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DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，提高了性能。

当各个内存区域总和大于物理内存限制，抛出OutOfMemoryError异常。

总结：对于Java运行时内存区域的理解可以结合Java代码的构造，各个区域负责不同的Java程序中的不同部分，局部变量、全局变量、实例变量、数组、方法、类以及接口信息，这些信息存储在虚拟机的各个数据区域，方法中的声明的是局部变量，方法之外声明的是全局变量(不知道这样理解有没有错)。