深刻理解java虛擬機【Java內存結構】

Java虛擬機規範規定的java虛擬機內存其實就是java虛擬機運行時數據區，其架構以下：

其中方法區和堆是由全部線程共享的數據區。

Java虛擬機棧，本地方法棧和程序計數器是線程隔離的數據區。

(1).程序計數器：

是一塊較小的內存空間，其做用能夠看做是當前線程所執行的字節碼的行號指示器，字節碼解析器工做時經過改變程序計數器的值來選取下一條須要執行的字節碼指令。程序的分支、循環、跳轉、異常處理以及線程恢復等基礎功能都是依賴程序計數器來完成。

Java虛擬機的多線程是經過線程輪流切換並分配處理器執行時間片來實現，在任何一個時刻，一個處理器只會執行一條線程指令，所以，爲了確保線程切換以後能恢復到正確的執行位置，每條線程都須要一個獨立的程序計數器，所以程序計數器是線程私有的內存。

程序計數器是java虛擬機中惟一一個沒有規定任何內存溢出OutOfMemoryError的內存區域。

(2).java虛擬機棧：

Java虛擬機棧也是線程私有的，它的生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是java方法執行的內存模型：每一個方法被執行時都會同時建立一個棧幀用於存放局部變量表、操做數棧、動態鏈接和方法出口等信息。每一個方法被調用直至執行完成過程，就對應着一個棧幀在虛擬機中從入棧到出棧的過程。

Java虛擬機棧的局部變量表存放了編譯器可知的8種java基本類型數據、對象引用(注意不是對象實例自己)、方法返回地址returnAddress。

Java虛擬機棧的局部變量表空間單位是槽(Slot)，其中64位長度的double和long類型會佔用兩個slot，其他的數據類型只佔用一個slot。局部變量表所需內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，該方法須要在幀中分配多大的局部變量空間是徹底肯定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。

Java虛擬機棧有兩種異常情況：若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的最大深度時，拋出StackOverflowError異常；若是虛擬機棧能夠動態擴展，當擴展時沒法申請到足夠內存時會拋出OutOfMemoryError異常。

(3).本地方法棧：

本地方法棧與java虛擬機棧做用很是相似，其區別是：java虛擬機棧是爲虛擬機執行java方法服務，而本地方法棧是爲虛擬機調用的操做系統本地方法服務。

Java虛擬機規範沒有對本地方法棧的實現和數據結構作強制規定，Sun HotSpot虛擬機直接把java虛擬機棧和本地方法棧合二爲一。

與java虛擬機棧相似，本地方法棧也會拋出StackOverflowError異常和OutOfMemoryError異常。

(4).堆：

堆是java虛擬機所管理的內存區域中最大一塊，java堆是被全部線程所共享的一塊內存區域，在java虛擬機啓動時建立，堆內存的惟一目的就是存放對象實例。幾乎全部的對象實例都是在堆分配內存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，從垃圾回收的角度看，因爲如今的垃圾收集器基本都採用的是分代收集算法，所以java堆還能夠初步細分爲新生代和年老代。

Java虛擬機規範規定，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。在實現上便可以是固定大小的，也能夠是可動態擴展的。若是在堆中沒有內存完成實例分配，而且堆大小也沒法在擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

(5).方法區：

方法區與堆同樣，是被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、即時編譯後的代碼等數據。雖然java虛擬機規範把方法區描述爲堆的一個邏輯部分，可是方法區卻有一個別名叫Non-Heap(非堆)。

Sun HotSpot虛擬機把方法區叫永久代(Permanent Generation)，方法區中最重要的部分是運行時常量池。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，用於存放編譯期生成的各類字面變量、符號引用、直接引用等，這些內容將在類加載後存放到方法區的運行時常量池中，另外在運行期間也能夠將新的常量存放到常量池中，如String的intern()方法。

方法區和運行時常量池在沒法知足內存分配時，也會拋出OutOfMemoryError異常。

(6).直接內存：

直接內存並非java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，可是在java開發中仍是會使用到。

JDK1.4中新引入的NIO(new I/O)，引入了一種基於通道(Channel)和緩衝區(Buffer)的I/O方式，可使用操做系統本地方法庫直接分配堆外內存，而後經過一個存儲在java堆裏面的DirectByteBuffer對象做爲堆外直接內存的引用進行操做，避免了java堆內存和本地直接內存間的數據拷貝，能夠顯著提升性能。

雖然直接內存並不直接收到java虛擬機內存影響，可是若是java虛擬機各個內存區域總和大於物理內存限制，從而致使直接內存不足，動態擴展時也會拋出OutOfMemoryError異常。

java虛擬機內存結構中的程序計數器、虛擬機棧和本地方法棧這三個區域隨線程建立而生，隨線程銷燬而滅，所以這三個區域的內存分配和回收是肯定的，java垃圾收集器重點關注的是java虛擬機的堆內存和方法區內存。