Java虚拟机_运行时数据区

Java虚拟机在执行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。

这些区域都有各自的用途、各自的创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则是依赖用户线程启动和结束而建立和销毁。

根据《Java虚拟机规范（第2版）》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域：

线程共有：方法区、堆

线程私有：Java虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器

下面分别来了解一下这几个区域。

一、程序计数器（Program Counter Register）

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

在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是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Natvie方法，这个计数器值则为空(Undefined)。

二、Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）

Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame），用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

每一个方法被调用直至执行完成的过程就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

每一个JVM线程都有自己的java虚拟机栈，这个栈与线程同时创建，它的生命周期与线程相同。

异常情况：

• 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扩展，但是在尝试扩展时无法申请到足够的内存时抛出OutOfMemoryError异常。

三、本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

虚拟机规范对于本地方法栈中方法使用的语言，使用方式和数据结构没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它，甚至有的虚拟机（比如HotSpot）直接把二者合二为一。

本地方法区也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError

四、Java堆（Java Heap）

虚拟机管理的内存中最大的一块，同时也是被所有线程所共享的，它在虚拟机启动时创建，
此区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都要在这里分配内存。
Java堆的容量可以是固定大小，也可以随着需求动态扩展（-Xms和-Xmx），并在不需要过多空间时自动收缩。
Java堆所使用的内存不需要保证是物理连续的，只要逻辑上是连续的即可。
如果堆中没有内存完成实例分配并且堆也无法扩展，就会抛OutOfMemoryError。

Java堆是垃圾收集管理的主要区域，从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用分代收集算法，

所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代，新生代又可以细分为：Eden、Survivor0和Survivor1。（HotSpot虚拟机默认这三者的大小比例是8：1：1）

不过，无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的仍然是对象实例，进一步的划分的目的只是为了更好地回收内存。

五、方法区（Method Area）

方法区用于存储以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。
虽然这个区域被虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它有一个别名叫非堆Non-Heap，目的应该是与Java堆区分开来。
很多人把方法区成为“永久代”，本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机把GC分代手机扩展至方法区，或者说，使用永久代来实现方法区而已。对于其他的虚拟机是不存在永久代概念的。
方法区在虚拟机启动的时候创建。
方法区的容量可以是固定大小的，也可以随着程序执行的需求动态扩展，并在不需要过多空间时自动收缩。
方法区在实际内存空间中可以是不连续的。
当方法区无法满足内存分配需求时就会抛OutOfMemoryError。

方法区中还有一个重要的区域----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、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant 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存放到方法区的运行时常量池中。

Java虚拟机对Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

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只能在编译期产生，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。

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。