深入理解JVM（1）——JVM内存模型

Java虚拟机的内存空间分为五个部分，分别是：

1. 程序计数器；
2. Java虚拟机栈
3. 本地方法栈
4. 堆
5. 方法区

接下来对这五部分分别进行详细的介绍

1、程序计数器：

　　a)什么是程序计数器：程序计数器是内存中的一个很小的空间，可以看作是当前线程正在执行的字节码的行号指示器。也就是说，程序计数器里面记录的是当前线程正在执行的字节码指令的地址。需要注意的是：如果当前线程正在执行的是一个本地方法，那么此时程序计数器为空。

b)  程序计数器的作用：字节码解释器通过改变程序计数器依次读取指令，实现程序的流程控制；在多线程的情况下，程序计数器用来记录当前线程的执行位置，以便于当线程被切回来的时候能够记住该线程上次运行到那里了。

c) 程序计数器的特点：是一块较小的内存空间；线程私有，每一个线程都有一个程序计数器；是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的区域；生命周期随着线程的创建而创建，线程的结束而死亡。

2、Java虚拟机栈

a) 什么是Java虚拟机栈：Java虚拟机栈是描述Java方法运行过程的内存模型。Java虚拟机会为每一个即将运行的java方法创建一个叫“栈帧”的区域，该区域用来存放Java方法运行过程中需要的一些信息，这些信息主要包括：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。

注意：当方法在运行过程中需要创建局部变量的时，就会将变量的值存入局部变量表中。人们常说的Java内存空间分为“栈”和“堆”，栈中存放的是局部变量，堆中存放的是对象，这句话是不完全正确的，几乎所有的对象都是存放在堆中，但是Java虚拟机会为每一个Java方法创建一个“栈帧”，其中栈帧包括局部变量表，但还包括其他的如操作数栈、动态链接和方法出口信息等。

b)Java虚拟机栈的主要特点：

　　1) 局部变量表的创建是在Java方法即将运行的时候随着栈帧的创建而创建，但是局部变量表的大小是在编译阶段就已经确定的，创建的时候只是按照实现分配好的大小进行创建，而且在Java方法运行的过程中局部变量表的大小不会改变。

　　2)Java虚拟机栈是线程私有的，每个线程都有自己的Java虚拟机栈，并且随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

　　3) Java虚拟机栈一般会出现两种错误：StackOverFloeError和OutOfMemoryError。

若Java虚拟机栈的内存大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前Java虚拟机栈的最大深度的时候，就抛出StackOverFlowError异常。StackOverFlowError表示当前线程申请的栈超过了事先定好的栈的最大深度，但内存空间可能还有很多。

若Java虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，且当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展了，此时抛出OutOfMemoryError异常。而OutOfMemoryError是指当线程申请栈时发现栈已经满了，而且内存也全都用光了。

3、本地方法栈

　　a)什么是本地方法栈：

　　　　1) 本地方法栈和Java虚拟机栈实现的功能类似，只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。

　　　　2)本地方法栈也是在方法即将运行被执行的时候，本地方方法栈也会为本地方法创建一个栈帧，用于存放该本地方法在运行过程中需要用到的一些信息。包括：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。

　　　　3) 本地方法在执行完毕也会将相应 的栈帧出栈并释放内存空间。

　　　　4) 本地方法栈也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

4、堆

a) 什么是堆

堆是用来存放对象的内存空间，几乎所有的对象都存储在堆中。

　b)堆的特点是什么

　　1)线程共享：整个虚拟机只有一个堆，所有的线程都访问同一个堆。

　　2)在虚拟机启动的时候创建堆，在虚拟机关闭的时候销毁堆

　　3)堆是垃圾回收的主要场所

　　4) 堆可以进一步分为新生代和老年代，其中新生代有可以进一步分为Eden、From Survior、To Survior.不同的区域存放不同声明周期的对象，这样可以根据不同的区域使用不同的垃圾收集算法，从而是对象回收而更具有针对性，也会变的更加高效。

　　5)  堆的大小即可以固定也可以动态的扩展，但是主流的虚拟机堆的大小都是可以动态扩展的。

5、方法区

　　a)什么是方法区

在Java虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分，方法区中存放已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量、即时编译器编译后的代码等

　　b) 方法区的特点

　　      1)  线程共享：方法区是堆的一个逻辑部分，因此和堆一样是线程共享的，整个虚拟机中只有一个堆区域。

　　　　2)永久代：方法区中存放的都是需要永久保存的信息，而且它还是堆空间的一个逻辑部分，因此用堆的方法进行划分把方法区分为老年代。

　　　　3) 内存回收效率低：方法区中的信息一般需要长期存在，内存回收一遍只有少量的信息是无效的，在方法区中垃圾回收的主要对象是对常量池的回收和对类型的卸载。

　　　　4)Java虚拟机规范对方法区的要求比较宽松：和堆一样允许固定大小，也允许动态扩展，还允许不进行垃圾回收。

　　c)  什么是运行时常量池

　　一般在一个类中通过public static final来声明一个常量，这个类被编译之后会生成一个Class文件，这个类的全部信息都会包含在这个Class文件中，当这个类被虚拟机加载之后，Class文件中的常量就会被放在方法区的运行时常量池中。在程序运行期间，也可以向常量池中添加常量。如果运行时常量池中的常量长时间没有被对象引用，也没有被变量引用，那么就会被垃圾收集器进行回收。

6、直接内存

直接内存是除了Java虚拟机之外的内存，但也能被Java利用。在NIO中引入了一种基于通道和缓冲的IO方式，它可以通过调用本地方法直接分配Java虚拟机之外的内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象直接操作该内存，从而提升了数据操作的效率。

直接内存的大小不受Java虚拟机的控制，但既然是内存，当内存不足的时候也会出现抛出OOM异常。

综上所述：

a)Java虚拟机的内存模型中一共有两个“栈”，分别是：Java虚拟机栈和本地方法栈。两个“栈”的功能类似，都是方法运行过程的内存模型。并且两个“栈”内部构造相同，都是线程私有。只不过Java虚拟机栈描述的是Java方法运行过程的内存模型，而本地方法栈是描述Java本地方法运行过程的内存模型。

b)Java虚拟机的内存模型中一共有两个“堆”，一个是原本的堆，一个是方法区。方法区本质上是属于堆的一个逻辑部分。堆中存放对象，方法区中存放类信息、常量、静态变量、即时编译器编译的代码。

c)堆是Java虚拟机中最大的一块内存区域，也是垃圾收集器主要的工作区域。

d) 程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈是线程私有的，即每个线程都拥有各自的程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法区。并且他们的生命周期和所属的线程一样。

e)而堆、方法区是线程共享的，在Java虚拟机中只有一个堆、一个方法栈。并在JVM启动的时候就创建，JVM停止才销毁。