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（一）java内存区域管理

C/C++每一个new操作都需要自己去delete/free，而java里面有虚拟机自动管理内存，不容易出现内存泄漏或者溢出的问题，但是不容易出现不代表不出现，了解虚拟机怎么使用和管理内存是十分重要的是，对程序优化或者问题排查有帮助。

运行时区域主要分为：

  • 线程私有：
    • 程序计数器:Program Count Register,线程私有，没有垃圾回收
    • 虚拟机栈:VM Stack，线程私有，没有垃圾回收
    • 本地方法栈:Native Method Stack,线程私有，没有垃圾回收
  • 线程共享：
    • 方法区:Method Area，以HotSpot为例，JDK1.8后元空间取代方法区，有垃圾回收。
    • 堆:Heap，垃圾回收最重要的地方。

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1.1 程序计数器

空间很小，当前线程执行的字节码的行号指示器（线程独有，指示当前执行到哪，下一步需要执行哪一个字节码），分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复都需要依赖它。
线程私有：java多线程其实是线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式实现，一个核一个具体的时间点，只会执行一个线程的指令。线程切换需要保存和恢复正确的执行位置（保护和恢复现场），所以不同的线程需要不同的程序计数器。

  • 执行java方法时，程序计数器记录的是正在执行的字节码指令地址
  • 执行Native方法，程序计数器为空

唯一一个没有规定任何OutOfMemory的区域，也没有GC（垃圾回收）。

1.2 虚拟机栈

线程私有，生命周期和线程一样，主要是记录该线程Java方法执行的内存模型。虚拟机栈里面放着好多栈帧。注意虚拟机栈，对应是Java方法，不包括本地方法。
一个Java方法执行会创建一个栈帧，一个栈帧主要存储：

  • 局部变量表
  • 操作数栈
  • 动态链接
  • 方法出口
    每一个方法调用的时候，就相当于将一个栈帧放到虚拟机栈中（入栈），方法执行完成的时候，就是对应着将该栈帧从虚拟机栈中弹出（出栈）。

每一个线程有一个自己的虚拟机栈，这样就不会混起来，如果不是线程独立的话，会造成调用混乱。

大家平时说的java内存分为堆和栈，其实就是为了简便的不太严谨的说法，他们说的栈一般是指虚拟机栈，或者虚拟机栈里面的局部变量表。

局部变量表一般存放着以下数据：

  • 基本数据类型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）
  • 对象引用（reference类型，不一定是对象本身，可能是一个对象起始地址的引用指针，或者一个代表对象的句柄，或者与对象相关的位置）
  • returAddress（指向了一条字节码指令的地址）

局部变量表内存大小编译期间确定，运行期间不会变化。空间衡量我们叫Slot（局部变量空间）。64位的long和double会占用2个Slot，其他的数据类型占用1个Slot。

异常：

  • StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度
  • OutOfMemoryError：内存不足

1.3 本地方法栈

和虚拟机栈类似，对应本地方法，Native，虚拟机规范允许语言，使用方式和数据结构不同，有些可能将虚拟机栈和本地方法栈合并。
异常与虚拟机栈一致：

  • StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度
  • OutOfMemoryError：内存不足

1.4 java堆

堆是内存管理最大的一块，线程共享。

虚拟机规范中说，所有的对象实例和数组都要在堆上分配。但是实际上不是所有的对象都在堆上分配，这个和JIT编译器的发展和逃逸分析技术相关。Why？
// TODO
堆的细分：新生代，老年代，再细分有Eden，From survivor，To survivor等。

堆中也有可能有线程私有的区域，分配缓冲区。

物理上可以不连续，但是逻辑上是连续的。

异常：

  • OutOfMemoryError：内存不足

1.5 方法区

名为非堆，但是实际和堆一样，是线程共享的区域，主要存贮以下信息：

  • 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

方法区不等于永久代，指示Hotspot虚拟机将GC分代收集拓展到方法区，也就是用永久代实现了方法区，而其他的虚拟机不一定，不是固定的。JDK1.7将永久代的字符串常量移出了。

方法区回收垃圾的效果不是很好，可以选择不回收，虚拟机可以决定，当然也可能发生内存泄漏。
异常：

  • OutOfMemoryError：内存分配异常

1.5.1 运行时常量池

运行时常量池时方法区的一部分，但是不是全部，Class文件主要包括：

  • 类的版本
  • 字段
  • 方法
  • 接口
  • 常量池，存放编译产生的字面量和符号引用，一般除了描述Class文件的符号引用，还有直接引用也在里面。是动态的，运行时可以产生，比如String.intern()方法。

异常：

  • OutOfMemoryError：内存分配异常

（二）直接内存

不是虚拟机运行时数据区，也不是规范规定的区域，但是使用频繁且可能会有OutOfMemoryError：内存分配异常出现。
比如，NIO（1.4）基于Channel与Buffer的I/O，可以用Native函数直接分配堆外内存，通过存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为引用来操作，提高性能，不需要Java堆和Native堆都来回复制数据。

直接内存受物理的内存，或者处理器寻址空间之类的限制。

本文系JVM学习相关笔记，整理来自周志明老师的《深入理解Java虚拟机》，无比钦佩，强烈推荐！

【作者简介】：
秦怀，公众号【秦怀杂货店】作者，技术之路不在一时，山高水长，纵使缓慢，驰而不息。这个世界希望一切都很快，更快，但是我希望自己能走好每一步，写好每一篇文章，期待和你们一起交流。

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