java内存模型

java代码是运行在jvm上面的，java的运行时内存结构即是jvm运行时结构。

java内存结构从内存是否共享的角度上可以分为:线程私有区域和线程共享区域。从内存使用细节划分上又可以分为六小类类:堆区，虚拟机栈,程序计数器,本地方法栈，方法区，常量池。

线程私有区域:包括虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器。
线程共享区域:包括堆区，方法区，常量池。其中常量池在一些虚拟机上也划归到了方法区中。

运行时数据区

虚拟机栈:线程私有，java方法执行的内存区域，每个方法的调用会在虚拟机栈中创建栈帧，方法的执行和结束对应一次方法的入栈和出栈操作.

程序计数器:线程私有，对应着java字节码执行位置的地址，可以理解为执行代码的行号，便于线程下次恢复继续执行。

本地方法栈:线程私有,native方法执行时分配的内存区域。

堆区:线程共享区域,该区域内存用来存放创建的对象和数组，也是GC回收大户。

方法区:线程共享区域,用来存放类信息，常量，类文件编译后的字节码等。
常量池:用来存放编译器生成的各种字面量和符号引用，是方法区的一部分,所谓字面量是与Java语言层面的常量概念相近，包含文本字符串、声明为final的常量值等。

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结构解释

运行时内存分为五大块区域（常量池属于方法区，算作一块区域），前面简要介绍了每个区域的功能，那接下来再详细说明每个区域的内容，Java内存总体结构图如下：

内存结构图

程序计数器PC

程序计数器PC，当前线程所执行的字节码行号指示器。每个线程都有自己计数器，是私有内存空间，该区域是整个内存中较小的一块。

当线程正在执行一个Java方法时，PC计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码的地址；当线程正在执行的一个Native方法时，PC计数器则为空（Undefined）。

虚拟机栈

虚拟机栈，由于是线程私有区域，所以它的生命周期与线程相同，是Java方法执行的内存模型。每个方法(不包含native方法)执行的同时都会创建一个栈帧结构，方法执行过程，对应着虚拟机栈的入栈到出栈的过程。

栈帧(Stack Frame)结构
栈帧是用于支持虚拟机进行方法执行的数据结构，栈帧包括：

(1)局部变量表 (locals大小，编译期确定)，一组变量存储空间， 容量以slot为最小单位。

(2)操作栈(stack大小，编译期确定)，操作栈元素的数据类型必须与字节码指令序列严格匹配.

(3)动态连接， 指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，为了 动态连接使用。
前面的解析过程其实是静态解析；
对于运行期转化为直接引用，称为动态解析。

(4)方法返回地址
正常退出时，执行引擎遇到方法返回的字节码，将返回值传递给调用者。
异常退出时，遇到Exception,并且方法未捕捉异常，那么不会有任何返回值。

(5)额外附加信息，虚拟机规范没有明确规定，由具体虚拟机实现。

虚拟机栈中的异常(Exception)

Java虚拟机规范规定该区域有两种异常：

StackOverFlowError：当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出
OutOfMemoryError：当Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出

本地方法栈本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法提供内存空间，而前面讲的虚拟机栈式为Java方法提供内存空间。有些虚拟机的实现直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一，比如非常典型的Sun HotSpot虚拟机。

异常(Exception)：Java虚拟机规范规定该区域可抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

Java堆

Java堆，是Java虚拟机管理的最大的一块内存，也是GC的主战场，里面存放的是几乎所有的对象实例和数组数据。JIT编译器有栈上分配、标量替换等优化技术的实现导致部分对象实例数据不存在Java堆，而是栈内存。

• 从内存回收角度，Java堆被分为新生代和老年代；这样划分的好处是为了更快的回收内存；
• 从内存分配角度，Java堆可以划分出线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)；这样划分的好处是为了更快的分配内存；

对象创建的过程是在堆上分配着实例对象，那么对象实例的具体结构如下：

对象结构图

对于填充数据不是一定存在的，仅仅是为了字节对齐。HotSpot VM的自动内存管理要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。对象头本身是8的倍数，当对象的实例数据不是8的倍数，便需要填充数据来保证8字节的对齐。该功能类似于高速缓存行的对齐。

另外，关于在堆上内存分配是并发进行的，虚拟机采用CAS加失败重试保证原子操作，或者是采用每个线程预先分配TLAB内存.

异常(Exception)：Java虚拟机规范规定该区域可抛出OutOfMemoryError

方法区

方法区主要存放的是已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、编译器编译后的代码等数据。GC在该区域出现的比较少。

异常(Exception)：Java虚拟机规范规定该区域可抛出OutOfMemoryError。

运行时常量池

运行时常量池也是方法区的一部分，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用。运行时常量池除了编译期产生的Class文件的常量池，还可以在运行期间，将新的常量加入常量池，比较常见的是String类的intern()方法。

字面量：与Java语言层面的常量概念相近，包含文本字符串、声明为final的常量值等，该区域不会抛出OutOfMemoryError异常。

符号引用：编译语言层面的概念，包括以下3类：
类和接口的全限定名
字段的名称和描述符
方法的名称和描述符