运行时数据区域
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.这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而
存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。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将会包括以下几个运行时数据区域，
1.程序计数器
程序计数器(Program Comm, Register)是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线
程所执行的字节码的行号指示器在虚拟机的概念模型里(仅是概念模型，各种虚拟机可能
会通过一些更高效的方式去实现)，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，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需
要依赖这个讨数器来完成
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，
在任何一个确定的时刻，一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一条线
程中的指令.因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立
的程序计数器，各条线程之间it't器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私
有姐的内存
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
令的地址书如果正在执行的是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。utOfMemoryError情况的区域。
2. Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈(Java Virtual Maehine Staeks)也是线程私有的，它
的生命周期与线程相同,虚拟机栈描述的是:"a方法执行的内存模型:每个方法在执行的同
时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出
口等信息.每一个方法从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人栈到
出栈的过程
经常有人把Java内存区分为堆内存(Heap)和找内存(Stack)，这种分法比较粗
糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂口这种划分方式的流行只能说明大多数程序
员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所指的“堆”笔者
在后面会专门讲述，而所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部
变量表部分.
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, it,
float, long, double)、对象引用(referemc类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对
象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和
remrnAddreas类型(指向了一条字节码指令的地址).
其中<W位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数
据类型只占用t个。局部变量表所需的内存空间在编译期问完成分配，当进人一个方法时，
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。
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况:如果线程请求的找深度大于虚
拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowFrror异常;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大
部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机找)，
如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出Out0tMemoryError异常
3.本地方法栈
本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间
的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，而本地方法权则为
虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方
式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(w如
Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样.本地方法
栈区域也会抛出StackOverflowE~和OutOtMemoryError异常。
4.java堆
计于大多数应用来说，Java堆(Java- Heap)是Java虚拟机所管理盼内存中最大的一块
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这点在Java虚拟机规范中的描
述是:所有的对象实例及数组都要在堆上分配，但是随着jit编译器的发展与逃逸技术逐渐成熟，
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。根握Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，
只要逻辑上是连续的即可。制〔包括物理的和操作系统级的限制)，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryEmr异常·
5.方法区
方法区(MeuaSnrea)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、静态变量即时编译器编译后的代码等数据，虽然java虚拟机
规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有个别名叫做Non-Heap(非堆，目的应该是与Java堆区分开来。
6.运行时常量池
运行时常量池(Runtime Conetunt Paol)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((Constaut Pool Table)，用于
存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进人方法区的运行时常
量池中存放。 Java虚拟机class文件每一部分(自然也包括常量池)的格式都有严格规定，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
自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，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存储在运行时常量池中气
运行时常盒池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并
不要求常凰一定只有编译期才能产生，也就是并非预置人aass文件中常量池的内容才能进
人方法区运行时常量池。运行期间也可能将新的常量放人池中，这种特性被开发人员利用得
比较多的便是String类的imernQ方法。
既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申
请到内存时会抛出OutOfMemoryErmr异常·
7.直接内存
直接内存〔Direct Memory)并不是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。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致
OmOfMemmyEmor异常出现，所以我们放到这里一起讲解。
在JDK 1.4中新加人了NIO (New Iaput/Output)类，引人T一种基于通道(Ch-1)
与缓冲区(Buffer)的I/。方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一
个存储在Java堆中的DimctByteBuffm对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场
景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据.
显然。本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，肯定还是
会受到本机总内存(包括RAM以及SWAP区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限
制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置，x”等参数信息，但经常忽
略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制〔包括物理的和操作系统级的限制)，
从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryEmr异常·