深刻理解java虛擬機——jvm內存

1.程序計數器

爲了線程切換後能恢復到正確的執行位置，每條線程都須要有一個獨立的程序計數器。若是線程正在執行的是一個java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；若是正在執行的是Native方法，這個計數器值則爲空（Undenifined）。

此內存區域是惟一一個在java虛擬機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError狀況的區域。

2.java虛擬機棧

也是線程私有的，生命週期與線程相同。描述的是java方法執行的內存模型：無法方法在執行的同時都會建立一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變量、操做數棧、動態連接、方法出口等信息。每一個方法從調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中入站到出站的過程。

java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的深度，將拋出StackOverflowError異常；若是虛擬機展能夠動態擴展（當前大部分的java虛擬機均可動態擴展，只不過java虛擬機規範中也容許固定長度的虛擬機棧），若是擴展是沒法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常。

3.本地方法棧

爲虛擬機使用到的Native方法服務。有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二爲一。

與虛擬機棧同樣，本地方法棧也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

4.java堆

根據java虛擬機規範的規定，java堆能夠處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的便可。首先是，既能夠固定大小也能夠是可擴展的，當前主流虛擬機都是可擴展的。

若是堆中沒有內存完成實例分配，而且堆也沒法在擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

①方法區

用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。雖然java虛擬機規範把方法區描述爲對的一個邏輯部分，可是它卻有一個別名叫作Non-Heap（非堆），目的應該是與java堆區區分開來。

對於習慣在HotSpot虛擬機上開發、部署程序的開發者來講，不少人都更願意把方法區稱爲「永久代」（Permanent Generation），本質上二者並不等價，僅僅是由於HotSpot虛擬機的設計團隊選擇吧GC分代收集擴展至方法區，或者說使用永久代來實現方法區而已，這樣HotSpot的垃圾收集器能夠像管理Java對同樣管理這部份內存，省去專門爲方法區編寫內存管理的代碼的工做。其餘虛擬機（BEA JRockit、IBM J9）來講是不存在永久代的概念的。
原則上， 如何實現方法區屬於虛擬機實現細節， 不受虛擬機規範約束， 但使用永久代來實現方法區， 如今看來並非一個好主意， 由於這樣更容易遇到內存溢出問題（ 永久代有-XX： MaxPermSize的上限， J9和JRockit只要沒有觸碰到進程可用內存的上限， 例如32位系統中的4GB， 就不會出現問題） ， 並且有極少數方法（ 例如String.intern（ ） ） 會因這個緣由致使不一樣虛擬機下有不一樣的表現。 所以， 對於HotSpot虛擬機， 根據官方發佈的路線圖信息， 如今也有放棄永久代並逐步改成採用Native Memory來實現方法區的規劃了[1]， 在目前已經發布的JDK 1.7的HotSpot中， 已經把本來放在永久代的字符串常量池移出。

Java虛擬機規範對方法區的限制很是寬鬆， 除了和Java堆同樣不須要連續的內存和能夠選擇固定大小或者可擴展外， 還能夠選擇不實現垃圾收集。 相對而言， 垃圾收集行爲在這個區域是比較少出現的， 但並不是數據進入了方法區就如永久代的名字同樣「 永久」 存在了。 這區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載， 通常來講， 這個區域的回收「 成績」 比較難以使人滿意， 尤爲是類型的卸載， 條件至關苛刻， 可是這部分區域的回收確實是必要的。 在Sun公司的BUG列表中， 曾出現過的若干個嚴重的BUG就是因爲低版本的HotSpot虛擬機對此區域未徹底回收而致使內存泄漏。根據Java虛擬機規範的規定， 當方法區沒法知足內存分配需求時， 將拋出OutOfMemoryError異常。

②運行時常量池

是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各類字面量和符號引用，這部份內容將在類加載後進入方法去的運行時常量池中存放。

運行時常量池相對於CLass文件常量池的另一個重要特徵是具有動態性，Java語言並不要求常量必定只有編譯期才能產生，也就是並不是預置入CLass文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用比較多的就是String類的intern()方法。

既然運行時常量池是方法區的一部分，天然受到方法區內存的限制，當常量池沒法再申請到內存是會拋出OutOfMemoryError異常。

③直接內存

不是虛擬機運行時數據區的一部分，也不是java虛擬機規範中定義的內存區域。

jdk1.4中新加入了NIO(New Input/Output）類，引入了一種基於通道（Channel）與緩衝區（Buffer）的I/O方式，它可使用Native函數庫直接分配堆外內存，而後經過一個存儲在java堆中的DirectByteBuffer對象做爲這塊內存的引用進行操做。因避免了在java堆和native堆來回複製數據，顯著提升了性能。

動態擴展時，各內存區域總和大於物理內存限制會出現OutOfMemoryError異常。