JVM运行时数据区域

声明：此篇文章是读《深入理解JAVA虚拟机》的笔记

  先来一张图：

• 程序计数器(Program Counter Register)
    程序计数器是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。需要注意的是，JVM虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式实现的。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器。因此这块内存区域是线程私有的。

• Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)
    Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
    对这个区域，Java虚拟机规范中，规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

• 本地方法栈(Native Method Stacks)
    与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别不过是虚拟机栈为虚拟执行Java方法(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。

• Java堆(Java Heap)
    Java堆是java虚拟机所管理的内在中最大的一块，是被所有线程共享的一块内在区域。虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象的实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
    Java堆是垃圾收集管理的主要区域，因此很多时候也被称做GC堆(Garbage Collected Heap)。
    Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。在实现时可以是固定的大小，也可以是扩展的，当前主流虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms来控制)。
    如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

• 方法区(Method Area)
    方法区和Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
    Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名Non-Heap(非堆)，目的应该是与Java堆区分。
    根据Java虚拟机规范，当方法区无法满足内在分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
    注： 在HotSpot虚拟机上开发和部署的程序的程序员，很多人把方法区称为“永久代(Permanent Generation)”，两者本质上并不等价，只是因为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。

• 运行时常量(Runtime Constant Pool)
    运行时常量是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口描述等信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分的内容将在类加载后存放在方法区的运行时常量池中。
    运行时常量池具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区，运行期间也可能将新的常量放入池中。比如：String类的intern()方法。
    运行时常量池是方法区的一部分，当常量池无法再申请到内在时会抛出OutOfMemoryError异常。

• 直接内存(Direct Memory)
    直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。
    在JDK1.4中新加入NIO(New Input/Output)类，引用了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。
    直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是会受到本机总内存(RAM及SWAP)的大小 及处理器寻址空间的限制。在分配虚拟机参数时，如果各个内存区域的总和大于物理内存的限制，动态扩展时也会导致OutOfMemoryError异常。