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不同的数据区域。HelloWorld.java文件被JVM加载到内存的过程如下图：
HelloWorld.java文件被JVM加载到内存的过程
Jamv中的内存可以划分为若干个不同的数据区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈，堆，方法区。
1.1 程序计数器 (Program Counter Register)
它是虚拟机的一块较小的内存空间，主要用于记录当前线程执行的位置。
CPU切换线程时计数器的的恢复过程
除恢复操作外，还有分支操作、循环操作，跳转操作，异常处理等也依赖计数品来完成。
注意点：
- Java虚拟机规范中，对程序计数器区域没有规定任何OutOfMemoryError情况
- 计数器是线程私有的，它的生命周期随线程创建而创建，结束而结束
- 计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。执行Native时这个计数器的值为空（Undefined）
1.2 虚拟机栈
虚拟机栈也是私有的，与线程生命周期同步。Java虚拟机规范对这个区域做了两种异常规范：
- StackOverflowError：当前线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出
- OutOfMemoryError：当前Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出
JVM是基于栈的解释器执行的，DVM是基于寄存器解释器执行的。
“基于栈”指的就是虚拟机栈。虚拟机栈的初衷就是用来描述Java方法执行的内存模型，每个方法被执行的时间。JVM会在虚拟机栈中创建一个栈帧。
栈帧(Stack Frame)
栈帧是用于支持虚拟机用于支持方法调用和方法执行的数据结构，每一个线程在执行某个方法时，都会为这个方法创建一个栈帧。
一个线程包含多个栈帧，每一个栈帧都包含局部变量表、操作数栈、动态链接，返回地址等。
栈帧
局部变量表
局部变量表是变量值的存储空间
调用方法时传递的参数，以及方法内部创建的局部变量都保存在尽心竭力变量中。在Java编译成class文件的时候，会在方法的Code属性表中的max_locals数据项中确定该方法需要分配的最大局部变量表的容量。
如下代码：
publci static int add(int k){
int i = 1;
int j = 2;
return i+j+k;
}
使用javap -v反编译之后，得到如下字节码指使：
publicstaticintadd(int);
descriptor:(I)I
flags:ACC_PUBLIC,ACC_STATIC
Code:
stack=2,locals=3,args_size=1
0:icont_1
1:istore_1
2:icont_2
3:istore_2
4:iload_1
5:iload_2
6:iadd
7:iload_0
8:iadd
9:ireturn
注意：系统不舍友为局部变量赋予初始值，也就不存在类变量那样的准备阶级。
操作数栈(Operand Stack)
操作数栈也常称为操作栈，它是一个后入先出栈（LIFO）
操作数栈的最大深度也在编译的时候写入方法的Code属性表中的max_stacks数据项中，栈中的元素可以是任意Java数据类型，包括long和double。
当一个方法刚刚开始执行时，这个方法的操作数栈是空的，在方法执行过程中，会有各种字节码指令被压入和弹出操作数栈。
比如：iadd指令就是将操作数栈栈中栈顶的两个元素弹出，执行加法运算，并将结果重新压回到操作数栈中。
动态链接(Dynamic Linking)
动态链接主要目的是为了支持方法调用过程中的动态链接(Dynamic Linking)，在一个class文件中，一个方法要调用其他方法，需要将这些方法的符号引用转化为其所在内存地址中的直接引用，而符号引用存在于方法区中。
Java虚拟机栈中，每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的符号引用。持有这个引用的目的就是为了支持方法调用过程中的动态链接(Dynamic Linking)
返回地址
当一个方法执行后，只有两种方式可以退出这个方法：
- 正常退出： 指方法中的代码正常完成，或者遇到任意一个方法返回的字节码指令(如return)半退出没有抛出任何异常
- 异常退出： 指方法执行过程中遇到异常，并且这个异常在方法体内部没有得到处理，导致方法退出
虚拟机栈中的“返回地址”是用来帮助当前方法恢复它的上层方法执行状态。
- 正常退出： 调用者的PC计数值可以作为返回地址，栈帧可能保存些计数值。
- 异常退出： 返回地址是通过异常处理器表确定的，栈帧中一般不会保存此部分信息。
实例讲解
public int add(){
int i=1;
int j=2;
int result=i+j;
return result+10;
}
javap后的字节码指令如下：
0: iconst_1 (把常量 1 压入操作数栈栈顶)
1: istore_1 (把操作数栈栈顶的出栈放入局部变量表索引为 1 的位置)
2: iconst_2 (把常量 2 压入操作数栈栈顶)
3: istore_2 (把操作数栈栈顶的出栈放入局部变量表索引为 2 的位置)
4: iload_1 (把局部变量表索引为 1 的值放入操作数栈栈顶)
5: iload_2 (把局部变量表索引为 2 的值放入操作数栈栈顶)
6: iadd (将操作数栈栈顶和栈顶下面一个进行加法运算后加入栈顶)
7: istore_3 (将操作数栈栈顶的出栈放入局部变量表索引为 3 的位置)
9: bipush_10 (把 10 压入操作数栈栈顶)
10: iadd (将操作数栈栈顶和栈顶下面一个进行加法运算后加入栈顶)
11: ireturn (结束)
指令说明：
- iconst和bipush 这两个指令都是将常量压入操作数栈栈顶。区别在于-1~5 用iconst，-128-127时用bipush
- istore 把操作数栈栈顶的元素放入局部变量表的某索引位置
- iload 把局部变量表中某下标下的值加载到操作数栈栈顶
- iload 代表加法运算，将操作数栈最上方两个元素进行相加操作，然后将结果重新压入栈顶
Java文件被编译class文件时，栈帧需要多大的局部变量表，多深的操作数栈已经完全确定，并且写入到了方法表的Code属性中。最后在执行return指令后，局部变量表和操作数栈也会相继销毁。
局部变量表与操作数栈
1.3 本地方法栈
本地方法栈和虚拟机栈基本相同，只不过是针对本地(native)方法。在有些虚拟机的实现中已经二合一了（比如HotSpot）。
1.4 堆(Heap)
Java堆(Heap)是JVM所管理内存中最大的一块，该区域唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象实例都是堆里分配。因此它也是 Java垃圾收集器(GC) 管理的主要区域，有时候也叫GC堆。同时它也是所有线程共享的内存区域。因此被分配在此区域的对象如果被多个线程访问的话，需要考虑线程安全的问题。
按对象储存的时间不同，堆中的内存可划分为新生代(Young)和老年代(old)，其中新生代又被划分为Eden区和Survivor区。
堆内存的划分
不同区域存放具有不同生命周期的对象，这样可以针对不同区域使用不同的垃圾回收算法，从而更具有针对性，进而提高垃圾回收效率。
1.5 方法区
方法区（MethodArea）也是JVM规范里规定的一块运行时数据区。方法区主要是存储已经被JVM加载的类信息（版本、字段、方法、接口）、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码和数据。该区域同堆一样，也是被各个线程共享的内存区域。
注意：关于方法区，很多开发者会将其跟“永久区”混淆。二都概念对比如下：
- 方法区是JVM规范中规定的一块区域，但是并不是实际实现，切忌将规范跟实现混为一谈。不同的JVM厂商可以有不同版本的“方法区”的实现。
- HostSpot在JDK1.7以前使用“永久区”（或者叫Perm区）来实现方法区，在JDK1.8之后“永久区”就已经被删除了，取而代之的是一个叫作“元空间（metaspace）”的实现方式。
总结：
- 方法区是规范层面的东西，规定了这一个区域要存放哪些数据。
- 永久区或者是metaspace是对方法区的不同实现，是实现层面的东西
1.6 异常再现
StackOverflowError 栈溢出异常
递归调用是造成StackoverflowError的一个常见场景
递归溢出
在method方法中，递归调用了自身，并且没有设置递归结束条件。运行上述代码时，则会产生StackOverflowError。
溢出
原因就是每调用一次method方法时，都会在虚拟机中创建出一个栈帧。因为是递归调用，method方法北不会退出，也不会将栈帧销毁，所以必然会导致StackOverflowError。因此当需要用递归时，需要格外谨慎。
OutOfMemoryError
理论上，虚拟机栈、堆、方法区都有发生OutOfMemoryError的可能。但实际项目中，大多发生于堆当中。
堆内存溢出
在一个无限循环中，动态的向ArrayList中添加新的HeapError对象。这会不断的占用堆中的内存，当堆内存不够是，必然会产生OutOfMemoryError，也就是内存溢出 异常。
溢出信息
总结
对于JVM运行时内存布局，上面介绍的这5块内容都是在Java虚拟机规范中定义的规则，这些规则只是描述了各个区域是负责做什么事情、存储什么样的数据、如何处理异常、是否允许线程间共享等。不能将其理解为虚拟机的“具体实现”，虚拟机的具体实现有很多，如：HotSpot、JRocket、IMB J9、以及Android Dalvik和ART。
概括
总结来说，JVM的运行时内存结构中一共有两个“栈”和一个“堆”，分别是：Java虚拟机栈和本地方法栈，以及“GC堆”和方法区，除此之外还有一个程序计数器。JVM内存中只有堆和方法区是线程共享的数据区域，其它区域都是线程私有的。并且程序计数器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
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