image

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。这些区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而一直存在，有些区域则是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。根据《Java虚拟机规范》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。

image

1. 程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时,通过改变计数器的值来选取吓一跳需要执行的字节码指令。

线程私有

为了线程切换后可以正确恢复到争取的执行位置,每个线程都需要有单独的程序计数器。每个线程的程序计数器互不影响,独立存储。

所记录的值

如果线程执行的是java方法,那么计数器记录的是正在执行的字节码指令的地址

如果是本地方法,则应该为空。

不会发生OOM

2. 虚拟机栈

线程私有,生命周期与线程相同。

栈帧

每个方法都对应着一个栈帧, 栈帧存储着 局部变量表,操作数栈,动态链接，方法出口。

执行方法的过程 就对应着 栈帧 从虚拟机栈 入栈到出栈的过程。

操作数栈

public void test(){
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c =  a+b;
}

0 iconst_1 // 1 入栈
1 istore_1 // 出栈赋值给局部变量表的a
2 iconst_2 // 2 入栈
3 istore_2 // 出栈赋值给局部变量表的b
4 iload_1  // 从局部变量表 把 1压入栈顶
5 iload_2  // 从局部变量表 把 2压入栈顶
6 iadd     // 1 + 2
7 istore_3 // 把3出栈 赋值给 变量表的c
8 return

局部变量表

存放了编译期可知的基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用 ：可能是执行对象起始位置的指针 / 指向一个代表对象的句柄和returnAddress类型

存储空间

局部变量槽表示,64位长度的long和double类型 占用2个槽，其余的占1个槽

所需的内存空间在编译期间完成分配,运行时不会改变局部变量表的大小。

动态链接

每个栈帧都保存了 一个 可以指向当前方法所在类的 运行时常量池, 目的是: 当前方法中如果需要调用其他方法的时候, 能够从运行时常量池中找到对应的符号引用, 然后将符号引用转换为直接引用,然后就能直接调用对应方法, 这就是动态链接

方法出口

方法在哪返回

可能抛出的异常

StackOverflowError

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度

OutOfMemoryError

1. 如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展(HotSpot虚拟机不支持动态拓展)，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常
2. 不支持动态拓展的虚拟机空间申请成功了就不会oom，但是如果一开始申请栈空间 的时候就内存不足 也会oom

3. 本地方法栈

与虚拟机栈作用相似,为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务

有的Java虚拟机（譬如Hot-Spot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

异常发生的情况与虚拟机栈一样

堆

线程共享。存放java对象实例。

内存划分

内存划分方式与 虚拟机里的垃圾回收器有关。

采用分代回收算法的垃圾收集器 堆内存会分为新生代(Eden、Survivor)、老年代、永久代

堆所在的内存空间可以在物理上不连续,逻辑上应当连续。大对象 处于实现简单、存储高效的考虑 可能会要求连续的内存空间。

可拓展

-Xmx : 最小堆的大小, 虚拟机启动后,堆内存就这么大

-Xms : 最小堆占满后,进行GC,如果内存还是不够,拓展堆之 -Xms参数指定的大小

4. 方法区

线程共享,存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存。

永久代是方法区的一种基于分代回收 的实现。

Jdk7 hotspot 把 字符串常量池、静态变量 从永久代移除

Jdk8 用元空间代替。JDK 7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到元空间中。

OutOfMemoryError

如果方法区无法满足新的内存分配需求时OutOfMemoryError

运行时常量池

方法区的一部分

类的版本、字段、方法、接口等描述信息,还有常量池表（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，类加载后放到运行时常量池中。

动态性

并不一定只有编译期才能产生变量放入运行时常量池中,运行期间也可以将新的常量放入池中 ，比如String.intern()方法。

OutOfMemoryError

内存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

5. 直接内存

并不是虚拟机运行时数据区的一部分

在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）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堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。