前言：

我們每天都在編寫Java代碼，編譯，執(zhí)行。很多人已經(jīng)知道Java源代碼文件(.java后綴)會被Java編譯器編譯為字節(jié)碼文件(.class后綴)，然后由JVM中的類加載器加載各個類的字節(jié)碼文件，加載完畢之后，交由JVM執(zhí)行引擎執(zhí)行。

那在整個程序執(zhí)行過程中，JVM中怎么存取數(shù)據(jù)和相關(guān)信息呢？

事實上在JVM中是用一段空間來存儲程序執(zhí)行期間需要用到的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，這段空間一般被稱作為Runtime Data Area（運行時數(shù)據(jù)區(qū)），也就是我們常說的JVM內(nèi)存。

一、運行時數(shù)據(jù)區(qū)域包括哪些？

根據(jù)《Java虛擬機規(guī)范》的規(guī)定，運行時數(shù)據(jù)區(qū)通常包括這幾個部分：程序計數(shù)器(Program Counter Register)、Java虛擬機棧(Java Vitual Machine Stack)、本地方法棧(Native Method Stack)、方法區(qū)(Method Area)、堆(Heap)。

二、各個部分存儲的信息和負責的職能

1、程序計數(shù)器

這個內(nèi)存區(qū)域是Java虛擬機規(guī)范中唯一一個沒有規(guī)定任何OOM（OutOfMemoryError）情況的區(qū)域，這是這個區(qū)域最大的特點之一，這是因為程序計數(shù)器中存儲的數(shù)據(jù)所占空間的大小不會隨程序的執(zhí)行而發(fā)生改變，因此，對于程序計數(shù)器是不會發(fā)生內(nèi)存溢出現(xiàn)象(OutOfMemory)的。

這個區(qū)域主要是負責記錄正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令地址，即當前線程執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器（注意：JVM不是直接執(zhí)行Java代碼，而是執(zhí)行.class文件，所以只要其他編程語言能翻譯成.class文件一樣能放入JVM中執(zhí)行）。

JVM會給每個線程一個獨立的程序計數(shù)器，計數(shù)器之間互不影響，且通過線程輪流切換并且分配處理器執(zhí)行時間來實現(xiàn)JVM的多線程。不過當線程執(zhí)行的是Native方法的時候這個計數(shù)器中的值為undefined。

2、Java虛擬機棧
和程序計數(shù)器一樣的是Java虛擬機棧是線程私有，生命周期和線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行的時候都會創(chuàng)建棧幀，用來存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息，每個方法從調(diào)用到執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)一個棧幀在虛擬機中入棧到出棧的過程，其中64位長度的long和double類型的數(shù)據(jù)會占用2個局部變量空間，其余的數(shù)據(jù)類型只占用1個。

這里需要理解一下的就是為什么要用棧這個結(jié)構(gòu)呢，比如A方法中調(diào)用了B方法，虛擬機中是先讓A方法的棧幀進入虛擬機棧執(zhí)行，當執(zhí)行到調(diào)用B方法的語句就讓B棧幀進入，執(zhí)行完之后B棧幀就出棧，A棧就繼續(xù)執(zhí)行。這里注意的是如果遞歸的方法遞歸的太深很容易拋出下面兩種異常，所以遞歸雖然寫起來方便，但是性能會有所下降，并且容易拋出異常。

Java虛擬機規(guī)范中，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況

• 線程請求棧的深度大于虛擬機所允許棧的深度，將拋出Stack Overflow Error
• 如果虛擬機?？梢詣討B(tài)擴展且擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存，會拋出OutOfMemoryError

3、本地方法棧

與虛擬機棧作用相似，不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法提供，而本地方法為虛擬機使用到的Native方法服務(wù)，Native方法多是用C++寫的。拋出的異常和虛擬機棧相同。

4、Java堆

Java堆是與前面的區(qū)域不同的是：這個區(qū)域是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，用來存放對象實例，并為對象實例分配好內(nèi)存。Java虛擬機規(guī)范中這樣描述：所有對象實例以及數(shù)組都要在堆上分配Java堆也是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，也叫”GC堆“。由于現(xiàn)在的垃圾回收算法多是分代收集，所以Java堆里面又可分為：新生代和老年代。并且根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定：Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上連續(xù)即可。有實例沒有被分配，且堆無法再擴展的時候會拋出OutOfMemoryError異常，虛擬機調(diào)優(yōu)其實也主要關(guān)注的是這個區(qū)域。

5、方法區(qū)

與Java堆一樣，線程共享，用來存儲被虛擬機加載的類信息，常量，靜態(tài)變量。這個區(qū)域Java虛擬機規(guī)范對其特別寬松，既可以像Java堆那樣不需要連續(xù)內(nèi)存，又可以選擇固定大小和可擴展。還可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集，這個區(qū)域的內(nèi)存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載。當無法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

目前虛擬機Hotspot已經(jīng)將這部分存儲空間從使用JVM內(nèi)存換成使用本地內(nèi)存，即這部分不再叫永久代，而是元空間。這個元空間實際上是JVM動態(tài)規(guī)定內(nèi)存大小。這個替換有什么優(yōu)勢呢？因為字符串常量池是存在永久代中，很容易出現(xiàn)性能問題，并且類和方法信息大小難確定，給永久代的的大小指定帶來困難，而且GC會對永久代特殊處理，這就增加了GC的復(fù)雜性。從JDK1.7開始，字符串常量池就劃分進了堆中，其他的更多是元空間在內(nèi)存劃分的算法上更趨于合理

6、運行時常量池

是方法區(qū)的一部分。用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，同時也會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時的常量池中，具有動態(tài)性。常量不一定只有編譯期才能產(chǎn)生，運行期間也可以將新的常量放入池中。例如String的Intern()方法。同樣拋出OutOfMemoryError異常

三、直接內(nèi)存

這個區(qū)域并不是屬于運行時數(shù)據(jù)區(qū)域，但是這個區(qū)域也會被頻繁使用，并且拋出OOM異常。這個區(qū)域主要是由于在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基于通道與緩沖區(qū)的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，通過一個儲存在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進行操作。

這樣能避免在Java堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)，從而在一些場景中顯著提高性能。直接內(nèi)存分配不會受到Java堆大小的限制，會受到本機總內(nèi)存大小及處理器尋址空間的限制。會拋出OutOfMemoryError異常

四、總結(jié)

只有程序計數(shù)器不會報出任何相關(guān)OOM異常，而Java虛擬機棧有可能會報出OOM或Stack Overflow異常。Java虛擬機棧主要是存儲方法的一些信息，能讓方法順利的執(zhí)行，而Java堆存儲的是對象的信息。虛擬機的垃圾回收算法主要在這一塊，并且平常調(diào)優(yōu)的區(qū)域也是在這一塊。

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