JVM的运行时数据区

JVM的运行时数据区分为：方法区（Method Area）、虚拟机栈（Virtual Machine Stack）、本地方法栈（Native Method Stack）、堆（Heap）和程序计数器（Program Counter Register）。其中方法区和堆是线程共享的，虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器是线程私有的。

1、程序计数器

程序计数器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。

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字节码指令的地址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（Undefined）。

此内存区域是唯一一个不会出现OutOfMemoryError异常的区域。

2、虚拟机栈

每个方法被执行的时候，JVM都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、reference类型（对象引用）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽（Slot）来表示，其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。

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；如果虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。

3、本地方法栈

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

4、堆

堆的唯一目的是存放对象实例和数组，Java世界里“几乎”所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。为什么是“几乎”呢？由于即时编译技术的进步，尤其是逃逸分析技术的日渐强大，栈上分配、标量替换优化手段已经导致一些微妙的变化悄然发生。

为了提升对象分配时的效率，堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

5、方法区

方法区存储已被虚拟机加载的类型信息、属性信息、方法信息、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

6、运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用。

符号引用转换出来的直接引用和运行期间产生的常量也会进入运行时常量池。

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然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。

7、直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但这部分内存也被频繁使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

在JDK1.4中加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓存区（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。