Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把所管理的内存划分为各个不同的数据区域，称为Java虚拟机运行时数据区域。
1、程序计数器
Program Counter Register
在虚拟机的概念模型里，字节码解释器通过改变程序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程序计数器来完成。
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/多核处理器的内核都只会执行一条线程中的指令。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，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。
作用 |
作为当前线程所执行的字节码的行号指示器。 |
程序计数器值 |
如果线程正在执行的是一个Java方法，则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一个Native方法，则计数器值为空（Undifined）。 |
特点 |
线程私有 |
没有OutOfMemoryError异常 |
2、Java虚拟机栈
Java Virtual Machine Stacks
每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧。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。
作用 |
描述Java方法执行的内存模型。 |
特点 |
线程私有，生命周期与线程相同。 |
Java虚拟机栈可以是固定大小的，也可以是可以扩展大小的。 |
异常 |
如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将抛出StackOverflowError异常 |
如果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 |
2.1、栈帧
Stack Frame
作用 |
用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息等 |
栈帧 |
局部变量表 |
操作数栈 |
动态链接 |
方法返回地址 |
附加信息 |
2.2、局部变量表
局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入方法时，方法需要在栈帧中分配的局部变量空间大小是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
作用 |
存放编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、和returnAddress类型。 |
类型 | 解释 |
基本数据类型 | boolean、byte、char、short、int、float、long、double |
对象引用 | reference类型 |
returnAddress类型 | 指向一条字节码指令的地址 |
其中reference类型，根据不同虚拟机的实现，可能是指向对象起始地址的引用指针，可能是指向代表对象句柄或其他与对象相关的位置。
局部变量空间 Solt |
64位长度的long和double类型数据占用2个局部变量空间 |
其余类型数据占用1个局部变量空间 |
3、本地方法栈
Native Method Stacks
区别 |
虚拟机栈为虚拟机执行的Java方法也就是字节码服务 |
本地方法栈为虚拟机执行的Native方法服务 |
例子 |
Sun HotSpot虚拟机将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。 |
异常 |
StackOverflowError异常 |
OutOfMemoryError异常 |
特点 |
线程私有，生命周期与线程相同。 |
4、Java堆
Java Heap
作用 |
存放对象实例。几乎所有的对象实例都在这里分配内存。 |
特点 |
线程共享，在虚拟机启动时创建。 |
可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑连续即可，例如磁盘空间。 |
Java堆可以是固定大小的，也可以是可以扩展大小的，通过-Xmx和-Xms控制扩展。 |
别称 |
GC堆，Garbage Collection Heap，Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。 |
导致对象并不绝对分配在堆上的技术 |
JIT编译器 |
逃逸分析 |
栈上分配 |
标量替换 |
Java堆从内存回收角度，根据现代收集器的分代收集算法划分 |
老年代 |
新生代：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间 |
Java堆从内存分配角度划分 |
多个线程私有的分配缓存区，Thread Local Allocation Buffer，TLAB |
异常 |
如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常 |
5、方法区
Method Area
特点 |
线程共享。 |
不需要连续的内存。 |
可选择固定大小和可扩展大小。 |
可选择不实现垃圾收集。 |
别称 |
非堆 Non-Heap |
作用 |
存储已经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。 |
具体实现 |
HotSpot虚拟机把GC分代收集扩展至方法区，使用永久代来实现方法区。Permanent Generation。 |
HotSpot虚拟机规划使用Native Memory来实现方法区。 |
方法区的内存回收目标 |
对常量池的回收 |
对类型的卸载 |
异常 |
当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常 |
Java 8 中 PermGen 已经被移出 HotSpot JVM，方法区移至 Metaspace，字符串常量移至 Java Heap。
由于 PermGen 内存经常会溢出，引发恼人的 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen，因此 JVM 的开发者希望这一块内存可以更灵活地被管理，不要再经常出现这样的 OOM。而且移除 PermGen 可以促进 HotSpot JVM 与 JRockit VM 的融合，因为 JRockit 没有永久代。
6、运行时常量池
Runtime Constant Pool
运行时常量池位于方法区中。
作用 |
在类加载后，存储Class文件的常量池中存储的编译期生成的各种字面量和符号引用。 |
运行期间也可以将新的常量放入运行时常量池中，例如String.intern()方法。 |
也可以存储翻译出来的直接引用。 |
7、直接内存
Direct Memory
直接内存不属于Java虚拟机运行时区域，也不是虚拟机规范中定义的内存区域。
NIO New Input/Output，基于通道Channel和缓冲区Buffer的I/O方式，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堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。
异常 |
OutOfMemoryError异常 |
特性 |
本机直接内存的分配不会受到堆大小的限制，但是会受到本机总内存大小和处理器寻址空间的限制。 |
作用 |
提高性能，避免在Java堆和Native堆中来回复制数据。 |
欢迎关注Android技术堆栈，专注于Android技术学习的公众号，致力于提高Android开发者们的专业技能！
