Java 运行时数据区

1. HotSpot JVM

• 最上层：javac 编译器将编译好的字节码class文件，通过java类加载机制，把对象或class文件存放在jvm划分内存区域
• 中间层：运行时数据区域
• 底层：执行引擎（包含模块 JIT(Just in time) 即时编译器 + GC(Garbage Colletctor) 垃圾回收器）

2. Java 运行时数据区

2.1 程序计数器

• 程序计数器是一块比较小的内存空间，作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
• 程序计数器是线程私有的，因为 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。
• 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。
• 如果线程正在执行的是 Native 方法，这个计数器值为空（Undefined）。
• 是内存区域中唯一一个在 Java 虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2.2 Java虚拟机栈

• Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的。
• 虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型
  • 每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stacks Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态连接、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从入栈到出栈的过程。
• 这个区域有两个异常
  • 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，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

2.3 本地方法栈

• 本地方法栈（Native Method Stacks）也是线程私有的。
• 作用与虚拟机栈类似，是为虚拟机使用到的 Native 方法服务。
• 也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

2.4 Java 堆

• Java 堆（Java Heap）是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，是线程共享的，在虚拟机启动时创建。
• 此内存区域的唯一目的是为了存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
• Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域。
• 从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用分代收集算法，所以 Java 堆中还可以细分为：新生代和老生代。
• 如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

2.5 方法区

• 方法区（Method Area）是线程共享的内存区域。
• 此内存区域的作用是存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及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可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。
• 当方法区无法满足内存分配需求时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

2.6 运行时常量池

• 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。
• Class 文件中的常量池信息在类加载后将会存放到方法区的运行时常量池中，一般来说，还会将翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。
• 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，Java 语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非预置入 Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是 String 类的 intern() 方法。
• 作为方法区的一部分，自然也会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存是会抛出 OutOfMemoryError 异常。