Java內存區域

對於 Java 程序員來講，在虛擬機自動內存管理機制下，再也不須要像C/C++程序開發程序員這樣爲內一個 new 操做去寫對應的 delete/free 操做，不容易出現內存泄漏和內存溢出問題。正是由於 Java 程序員把內存控制權利交給 Java 虛擬機，一旦出現內存泄漏和溢出方面的問題，若是不瞭解虛擬機是怎樣使用內存的，那麼排查錯誤將會是一個很是艱鉅的任務。

運行時數據區

線程私有的包括：程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧

線程共享的：堆、方法區、直接內存

程序計數器

記錄正在執行的虛擬機字節碼指令的地址。因爲是多線程，線程輪流切換，切換線程後爲了能恢復到正常的執行位置，每一個線程須要一個獨立的程序計數器。若是執行的是本地（Naive）方法，計數器爲空。此內存區域是惟一一個沒有規定任何OutOfMemoryError狀況的區域，它的生命週期隨着線程建立而建立，隨着線程結束而死亡。

Java虛擬機棧

Java 內存能夠粗糙的區分爲堆內存(Heap)和棧內存(Stack),其中棧就是如今說的虛擬機棧，或者說是虛擬機棧中局部變量表部分。

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。每一個Java方法在執行的同時會建立一個棧幀用於存儲局部變量表、操做數棧、常量池引用、動態連接、程序出口等信息。每個方法從調用到執行完成的過程，對應一個棧幀在Java虛擬機棧中入棧和出棧的過程。

局部變量表存放了編譯器可知的各類基本數據類型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）、對象引用（reference類型，不一樣於對象自己，多是一個指向對象起始地址的引用指針，也多是指向一個表明對象的句柄或其餘與此對象相關的位置）和returnAddressleixing (字節碼指令地址）。局部變量表所需內存在編譯期間完成分配，運行期間不會改變。

能夠經過 -Xss 這個虛擬機參數來指定每一個線程的 Java 虛擬機棧內存大小： java -Xss 512M

可能拋出的異常狀況:

• 若Java虛擬機棧的內存大小不容許動態擴展，那麼當線程請求棧的深度超過當前Java虛擬機棧的最大深度的時候(棧幀過多)，就拋出StackOverFlowError異常。
• 若 Java 虛擬機棧的內存大小容許動態擴展，且當線程請求棧時內存用完了，沒法再動態擴展了，此時拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

本地方法棧與 Java 虛擬機棧相似，虛擬機棧爲虛擬機執行 Java 方法 （也就是字節碼）服務，而本地方法棧則爲虛擬機使用到的 Native 方法服務。有的虛擬機如HotSpot虛擬機把兩者合二爲一。拋出的異常與上述一致。

本地方法通常是用其它語言（C、C++ 或彙編語言等）編寫的，而且被編譯爲基於本機硬件和操做系統的程序，對待這些方法須要特別處理。

Java堆

Java堆是整個虛擬機所管理的最大內存區域，全部的對象建立都是在這個區域進行內存分配，是被全部線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啓動時建立，此內存區域的惟一目的就是存放對象實例，幾乎全部的對象實例以及數組都在這裏分配內存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區域（方法區也須要回收），所以又稱爲GC堆(Garbage Collected Heap)。如今收集器基本採用分代收集算法，能夠將堆分爲新生代和老年代。劃分的好處是能夠方便垃圾的準確回收。

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。堆還能夠動態增長其內存，當堆中沒法申請到新內存建立實例，而且堆也沒法再擴展時，將會拋出OutOfMemroyError。

能夠經過 -Xms 和 -Xmx 兩個虛擬機參數來指定一個程序的堆內存大小，第一個參數設置初始值，第二個參數設置最大值。

java -Xms1M -Xmx2M

方法區

方法區與 Java 堆同樣，是各個線程共享的內存區域，它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。方法區也是全部線程共享。方法區邏輯上屬於堆的一部分，可是爲了與堆進行區分，一般又叫「非堆」。

方法區和堆同樣不須要連續的內存，而且能夠動態擴展，動態擴展失敗同樣會拋出 OutOfMemoryError 異常。

在HotSpot虛擬機中，把方法區當作永久代來進行GC，對起回收的目標主要是針對常量池的回收以及對類型的卸載，可是通常比較難實現。垃圾收集行爲在這個區域是比較少出現的，但並不是數據進入方法區後就「永久存在」了。因爲方法區主要存儲類的相關信息，因此對於動態生成類的狀況比較容易出現永久代的內存溢出。在JDK1.8中，已經移除了永久代，用元空間來替代。元空間的本質和永久代相似，都是對JVM規範中方法區的實現。不過元空間與永久代之間最大的區別在於：元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存。所以，默認狀況下，元空間的大小僅受本地內存限制。

運行時常量池

運行時常量池是方法區中的一部分。Class 文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有常量池信息（用於存放編譯期生成的各類字面量和符號引用）

既然運行時常量池時方法區的一部分，天然受到方法區內存的限制，當常量池沒法再申請到內存時會拋出 OutOfMemoryError 異常。JDK1.7及以後版本的 JVM 已經將運行時常量池從方法區中移了出來，在 Java 堆（Heap）中開闢了一塊區域存放運行時常量池。

直接內存

直接內存並非虛擬機運行時數據區的一部分，也不是虛擬機規範中定義的內存區域，可是這部份內存也被頻繁地使用。並且也可能致使OutOfMemoryError異常出現。

JDK1.4中新加入的 NIO(New Input/Output) 類，引入了一種基於通道（Channel） 與緩存區（Buffer） 的 I/O 方式，它能夠直接使用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。這樣就能在一些場景中顯著提升性能，由於避免了在 Java 堆和 Native 堆之間來回複製數據。

本機直接內存的分配不會收到 Java 堆的限制，可是，既然是內存就會受到本機總內存大小以及處理器尋址空間的限制。

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