JVM运行时区域

Java运行时区域

• 程序计数器（线程私有）

是一块较小的内存空间，它的作用可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。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Native方法，这个计数器值则为空(Undefined)。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

• JVM栈（线程私有）

生命周期同线程相同。描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法执行时都会创建一个栈帧(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。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、引用类型和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
JVM规范对这个区域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（当前大部分Java虚拟机可以动态扩展），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

• 本地方法栈(线程私有)

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。（HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一）。

• Java堆（线程共享）

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。Java虚拟机规范描述是，所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间，只要逻辑上是连续的即可。主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存来完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

• 方法区（线程共享）

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虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，除了和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，还可以选择不是先垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的。这个区域的垃圾回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。
根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

• 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用。这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
Java虚拟机对Class文件的每一部分（包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需求来实现这个内存区域。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性。运行期间也可以将新的常量放入池中，比如String类的intern()方法。
当常量池无法再申请到内存时，会抛出OutOfMemoryError异常。