1. 运行时数据区（Runtime Data Area）

当类被加载入方法区时，就已经开始使用运行时数据区了。根据《Java虚拟机规范》的规定，运行时数据区通常包括这五个部分：方法区、堆、程序计数器、本地方法栈、Java虚拟机栈。

如图所示：

运行时数据区.png

在JVM规范中虽然规定了程序在执行期间运行时数据区应该包括这几部分，但是至于具体如何实现并没有做出规定，不同的虚拟机厂商可以有不同的实现方式。

2. 生命周期

程序启动产生进程,一个虚拟机对应一个进程, 其中(橙色):方法区和堆跟进程的生命周期是一致的。随着虚拟机启动而创建，退出而销毁。

此外黄色部分：程序计数器，本地方法栈，虚拟机栈，与线程有关。每个线程都拥有自己的程序计数器，本地方法栈和虚拟机栈。与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。

假如：有一个正在运行的程序，这是一个进程，这个进程中又有三个线程，那就会有3组程序计数器，本地方法栈和虚拟机栈，这三组共用方法区和堆空间。

图示如下：

生命周期.png

3. 各部分存储哪些数据

3.1 方法区：

方法区中，存储了已被虚拟机加载的每个类的信息（包括类的名称、方法信息、字段信息）、静态变量、常量以及编译器编译后的代码等。

对于JDK1.8之前的HotSpot虚拟机而言，很多人经常将方法区称为永久代，实际上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。同时对于其他虚拟机比如IBM J9中是不存在永久代的概念的。

3.1.1 运行时常量池：

在方法区中有一个非常重要的部分就是运行时常量池，它是每一个类或接口的常量池的运行时表示形式。

在Class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是 常量池，用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。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。

在类和接口被加载到JVM后，对应的运行时常量池就被创建出来。当然并非Class文件常量池中的内容才能进入运行时常量池，在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中，比如String的intern()方法。

3.2 堆：

Java中的堆是用来存储对象本身的以及数组（数组引用是存放在Java栈中的）。只不过和C语言中的不同，在Java中，程序员基本不用去关心空间释放的问题，Java的垃圾回收机制会自动进行处理。因此这部分空间也是Java垃圾收集器管理的主要区域。另外，堆是被所有线程共享的，在JVM中只有一个堆。

堆可以分为两个部分：年轻代和老年代。但是注意永久代并不属于堆内存中的一部分，同时jdk1.8之后永久代也将被移除。

3.3 程序计数器：

JVM规范中规定，如果线程执行的是非native方法，则程序计数器中保存的是当前需要执行的指令的地址；如果线程执行的是native方法，则程序计数器中的值是undefined。

由于程序计数器中存储的数据所占空间的大小不会随程序的执行而发生改变，因此，对于程序计数器是不会发生内存溢出现象(OutOfMemory)的，也是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

3.4 本地方法栈：

本地方法栈与虚拟机栈作用非常相似，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。

在JVM规范中，并没有对本地方法栈的具体实现方法以及数据结构作强制规定，虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和Java栈合二为一。

3.5 Java虚拟机栈：

Java虚拟机栈可以说是Java方法执行的内存模型。

Java栈中存放的是一个个的栈帧(Stack Frame)，每个栈帧对应一个被调用的方法，在栈帧中包括：

局部变量表(Local Variables)
操作数栈(Operand Stack)
指向当前方法所属的类的运行时常量池的引用(Reference to runtime constant pool)
方法返回地址(Return Address)
一些额外的附加信息

1）局部变量表：
就是用来存储方法中的局部变量（包括在方法中声明的非静态变量以及函数形参）。对于基本数据类型的变量，则直接存储它的值，对于引用类型的变量，则存的是指向对象的引用。局部变量表的大小在编译器就可以确定其大小了，因此在程序执行期间局部变量表的大小是不会改变的。

2）操作数栈：
栈最典型的一个应用就是用来对表达式求值。一个线程执行方法的过程中，实际上就是不断执行语句的过程，而归根到底就是进行计算的过程。因此可以这么说，程序中的所有计算过程都是在借助于操作数栈来完成的。

3）指向运行时常量池的引用：
因为在方法执行的过程中有可能需要用到类中的常量，所以必须要有一个引用指向运行时常量。

4）方法返回地址：
当一个方法执行完毕之后，要返回之前调用它的地方，因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。

如图所示：

Java栈结构.png

栈是如何被使用的？

当线程执行一个方法时，就会随之创建一个对应的栈帧，并将该栈帧进行压栈。当方法执行完毕后，会将栈帧出栈。所以线程当前执行的方法所对应的栈帧必定位于Java栈的顶部。栈区的空间不用手动去管理，因为Java有自动垃圾回收机制，这部分空间的分配和释放都是由系统自动实施的。

栈内存溢出

这时就明白了，当使用递归方法的时候如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度就会导致栈内存溢出的现象，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。