JVM内存结构

 Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。    -----《深入理解Java虚拟机》

对于Java开发者来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不在需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，极大的简化了开发流程。但把内存控制的权利交给虚拟机，一旦出现了内存溢出和泄露的问题，如果不了解虚拟机的工作原理，排查问题所在会十分困难。

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，根据《Java虚拟机规范（Java SE 7 版）》的规定，Java虚拟机所管理的内存划分为以下几个模块：

JDK1.6 JVM内存结构

1.程序计数器

定义：程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前所执行的字节码的行号指示器。

作用：1.字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。

2.在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

特点：1.这类内存区域为“线程私有”的内存

2.如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址

3.如果正在执行的是本地方法，计数器值则为空

4.是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域

5.生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡

2.Java虚拟机栈

定义：虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数组、动态链表、方法出口等信息

特点：1.局部变量表的创建是在方法被执行的时候，随着栈帧的创建而创建。而且，局部变量表的大小在编译时期就确定下来了，在创建的时候只需分配事先规定好的大小即可。此外，在方法运行的过程中局部变量表的大小是不会发生改变的。

2.Java虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError和OutOfMemoryError。当线程请求栈的深度超过当前Java虚拟机栈的最大深度的时候，就抛出StackOverFlowError异常。若Java虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，且当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展了，此时抛出OutOfMemoryError异常。（StackOverFlowError表示当前线程申请的栈超过了事先定好的栈的最大深度，但内存空间可能还有很多。而OutOfMemoryError是指当线程申请栈时发现栈已经满了，而且内存也全都用光了。 ）

3.Java虚拟机栈也是线程私有的，每个线程都有各自的Java虚拟机栈，而且随着线程的创建而创建，随着线程的死亡而死亡。

3.本地方法栈

定义：与Java虚拟机栈的用途类似，本地方法栈为虚拟机所用到的本地方法服务

特点：方法执行完毕后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间，也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

4.Java堆

定义：Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

特点：1.Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此有些时候被叫做“GC堆”

2.Java堆可以细分为新生代和老年代（新生代可以再细分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等）

3.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

4.Java堆可以处于物理上不连续的空间内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像磁盘空间一样

5.方法区

定义：与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、静态常量、即时编译器编译后的代码等数据

特点：1.（HotSpot中的永久代）方法区中的信息一般需要长期存在，而且它又是堆的逻辑分区，因此用堆的划分方法，把方法区称为老年代。

2.和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以先选择不实现垃圾回收

3.方法区中的信息一般需要长期存在，回收一遍内存之后可能只有少量信息无效。对方法区的内存回收的主要目标是：对常量池的回收和对类型的卸载。

JDK1.8中，JVM内存已经不存在方法区了，方法区直接被放在本地内存区域，此区域被称为元空间，方法区与堆不再相连。

6.运行时常量池

定义：运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。

特点：当运行时常量池中的某些常量没有被对象引用，同时也没有被变量引用，那么就需要垃圾收集器回收。除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也储存在运行时常量池中。

JDK1.6运行时常量池位于方法区中，由于方法区中内存空间固定，可能会导致内存溢出的问题，在JDK1.7中将常量池移到了堆中。

举个栗子来理解一下JDK1.6与JDK1.7运行常量池的不同：JVM创建String对象时首先会去常量池中查找，若存在，则直接返回返回值的引用；若不存在，则先在常量池先创建该String对象，然后在JDK1.6中会将该String对象拷贝一份到堆中，在JDK1.7中会将常量池中该String对象的引用拷贝一份到堆中。

借网上的几张图来理解JDK1.6,JDK1.7，JDK1.8的JVM内存结构的变化（主要是运行时常量池和方法区发生了变化）：

7.直接内存

定义：直接内存不属于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，但也有可能被Java使用

作用：在NIO中引入了一种基于通道和缓冲的IO方式。它可以通过调用本地方法直接分配Java虚拟机之外的内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象直接操作该内存，而无需先将外面内存中的数据复制到堆中再操作，从而提升了数据操作的效率。

特点：在系统内存不足时也会抛出OutOfMemoryError异常

总结：

1.程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈是线程私有的，并且他们的生命周期和所属的线程一样。堆、方法区是线程共享的，在Java虚拟机中只有一个堆、一个方法栈。并在JVM启动的时候就创建，JVM停止才销毁。

2.JVM垃圾回收的主要区域是堆