Java虛擬機運行時數據區結構

本文部分參考自《Java虛擬機規範（Java SE 7版）》的中譯本和周志明的《深刻理解Java虛擬機》，另加我的理解。原書對Java虛擬機運行時數據區描述只有6頁，同時參考其餘網絡網資料，我的能力所限，不排除存在認知錯誤。

JVM將程序運行期間使用的內存劃分爲若干個運行時數據區，其中一些會隨着虛擬機啓動而建立，隨着虛擬機退出而銷燬。另一些與線程一一對應，隨着線程開始而建立，隨着線程結束而銷燬。數據區劃分以下圖所示意：

Java堆（Java Heap）

在JVM中，Java堆是可供各個線程共享的運行時內存區域，是供全部類實例和數組對象分配內存的區域。Java堆在虛擬機啓動時被建立，存儲了垃圾收集器（GC）管理的各類對象，這些對象沒法顯式銷燬。

Java堆可能發生OutOfMemoryError錯誤。

方法區（Method Area）

方法區用於存儲已被虛擬機加載的類的結構信息，例如：運行時常量池、字段和方法數據、構造函數和普通方法的字節碼，還包括一些在類、實例、接口初始化時用到的特殊方法。

方法區邏輯上是Java堆的一部分，但JVM規範對方法區限制很是寬鬆，能夠選擇不實現垃圾收集。實際由於類型卸載的條件很是苛刻，方法區的垃圾收集效果也不理想。

方法區可能發生OutOfMemoryError錯誤。

運行時常量池（Runtime Constant Pool）

每一個類或接口的字節碼中去了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還包含一個常量池表（constant_pool table），用於存放編譯期生成的各類字面值和符號引用，運行時常量池是這個常量池表的運行時表示形式。每一個運行時常量池都在JVM的方法區中分配，在加載類和接口到虛擬機後，就建立對應的運行時常量池。

在建立運行時常量池時，JVM可能會拋出OutOfMemoryError錯誤。

PC計數器（Program Counter Register）

JVM線程私有，保存當前線程正在執行的字節碼指令的地址，若是正在執行的是Native方法，值爲undefined，本內存區域沒有規定內存錯誤。

Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stack）

在初版中也稱爲Java Stack，每一條JVM線程都有本身私有的Java虛擬機棧，這個棧與線程同時建立，用於存儲棧幀（Frame）。

Java虛擬機棧可能發生StackOverFlowError和OutOfMemoryError錯誤。

本地方法棧（Native Method Stack）

JVM線程私有，和Java虛擬機棧做用相似，Java虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法服務，而本地方法棧爲虛擬機執行Native方法服務。JVM規範沒有規定本區域如何實現，Sun HotSpot虛擬機直接把本地方法棧和Java虛擬機棧合成了一個。和Java虛擬機棧同樣，本地方法棧也可能拋出StackOverFlowError和OutOfMemoryError錯誤。

棧幀（Stack Frame）

棧幀是用於存儲數據和部分過程結果的數據結構，每次方法調用對應一個棧幀，隨着方法調用而建立，隨着方法結束而銷燬。棧幀的空間分配在Java虛擬機棧中，每一個棧幀包括本身的本地變量表、操做數棧和動態連接（指向當前方法所屬類的運行時常量池的引用）。