（2）JVM——Java 虚拟机运行时数据区域讲解

一、简述

1. 介绍：如果有了解 C/C++,以及 Java 语言的朋友，肯定知道它们之间最大的差别的就是对于内存的回收。用 C/C++ 时，自己创建的对象得自己回收内存，而 Java 则是因为其自带的垃圾收集器，将开发者解放出来。犹记得当初大学学 C 语言，讲到指针的那一节，就感觉指针是无所不能，各种灵活，不过如果用不好就容易飘。本篇博客主要简单介绍一下 Java 虚拟对于内存的划分，以及大概作用。

二、内存运行时数据区

1. 这张图片展示的就是 JVM 对于内存的经典划分，主要分为了程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆和方法区，同时还有运行时常量池和直接内存
2. 程序计数器：
   • 线程私有（每条线程独立有一个），可以看成当前线程所执行的字节码的行号指示器。
   • 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；如果正在执行的是本地方法，这个计数器值则应为空。
   • 此内存区域是唯一没有 OutOfMemoryError 情况的区域
3. 虚拟机栈： 通俗的讲，一个线程有一个虚拟机栈，这个栈就是一个中间容器，帮助线程在执行过程中完成各项处理。其中栈里面的一个基础单位就是栈帧，一个栈帧可以简单的对应一个方法，在进入方法后会有局部变量等数据，此时就创建一个栈帧来保存这些信息（比如局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息）。栈是先进后出的数据结构。虚拟机栈特点如下：
   • 线程私有，生命周期与线程相同
   • 一个方法的执行对应一个栈帧的入栈和出栈过程
   • 局部变量表存放 8 种基本数据类型、对象引用和 returnAddress 类型
   • long 和 double 占用两个变量槽，其他类型是只占一个
   • 两类异常状况： ① 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 ② 如果 Java 虚拟机栈容量可以动态扩展（HotSpot 不可以），当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出 OutOfMemoryError 异常
4. 本地方法栈：本地方法栈和虚拟机栈基本一样，区别是 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法（字节码）服务，而本地方法栈是为虚拟机使用到的本地方法服务 。异常和虚拟机栈的一致。本地方法解释可以查看——详解native方法的使用
5. Java 堆：堆是虚拟机管理的内存中最大的一块，这块地方存放了 Java 中几乎所有的对象实例（有容乃大）。因为这块地方大，并且发生的故事多，所以内存的回收（垃圾收集器）都发生在这儿，因此也被叫为 “GC堆”。有四处特点如下：
   • 虽然堆是线程共享的，但是在共享的地方也会为线程划分私有的分配缓冲区
   • Java 堆在内存物理上可能不连续，但是对于我们使用来说，逻辑上是连续的
   • 虚拟机实现堆是可扩展的，通过参数 -Xmx 和 -Xms 设置
   • 在堆中没有内存可以进行实例分配时，也无法扩展，则会抛出 OutOfMemoryError 异常
6. 方法区：与 Java堆 一样是线程共享的，用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。注意：经常会将“永久代”和方法区混淆，他们的区别是 方法区是 JVM 的一种规范，而永久代是对这一种规范的实现。查看：方法区和永久代区别。特点如下：
   • 在 jdk7 中已经将字符串常量池从方法区移除，并在Java堆中开辟一块新的区域存放字符串常量池
   • 在 jdk8 中将永久代去除了，使用元空间来实现，元空间的内存区域使用本地内存
   • 如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出 OutOfMemoryError 异常
7. 运行时常量池：运行时常量池是方法区的一部分，存放编译器生成的各种字面量和符号引用。特点如下：
   • 具备动态性，常量池的数据不是都在编译器存入的，还可以在运行时添加，比如 String 的 intern() 方法
   • 常量池无法申请到内存时抛出 OutOfMemoryError 异常
   • 对于各个版本方法区的区别如表格 1-1
8. 直接内存：直接内存不是虚拟机运行时数据的一部分，其分配不会受到 Java 堆大小的限制。
   • 在 JDK1.4 中新加入了 NIO 类，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，在一些场景能显著提高性能
   • 也可能出现 OutOfMemoryError 异常

表格 1-1：

深入理解Java虚拟机第三版》