JVM内存结构

• JVM分为五个区域：虚拟机栈、本地方法栈、方法区、堆、程序计数器。
• 第二，JVM五个区中虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器为线程私有，方法区和堆为线程共享区。绿色是线程共享区，黄色是线程独占区。
• 第三，JVM不同区域的占用内存大小不同，一般情况下堆最大，程序计数器较小。那么最大的区域会放什么？当然就是Java中最多的“对象”了。
  下面我找到2张图来帮助大家理解
  
  

JDK 1.8同JDK 1.7比，最大的差别是： 元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

程序计数器（PC寄存器）

程序计数器是一块较小的内存空间，是当前线程正在执行的那条字节码指令的地址。若当前线程正在执行的是一个本地方法，那么此时程序计数器为 Undefined。

程序计数器的作用

字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制。

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）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，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器工作时就是通过改变计数器的值来选取下一条字节码指令。其中，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器来完成。

程序计数器的特点

是一块较小的内存空间。
线程私有，每条线程都有自己的程序计数器。
生命周期：随着线程的创建而创建，随着线程的结束而销毁。
是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域

Java虚拟机栈（JVM Stacks）

Java虚拟机栈是描述Java方法运行过程的内存模型，线程私有，生命周期与线程相同。

Java虚拟机栈会为每一个即将运行的Java方法创建一块叫做 “栈帧” 的区域，用于存放该方法运行过程中的一些信息，如：

• 局部变量表
• 操作数栈
• 动态链接
• 方法出口信息
• …….
  每一个方法从调用至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里从入栈到出栈的过程。
  

局部变量表(Local Variable Table)是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内定义的局部变量。包括8种基本数据类型、对象引用（reference类型）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。

其中64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1个。

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；如果虚拟机栈动态扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

操作数栈(Operand Stack)也称作操作栈，是一个后入先出栈(LIFO)。随着方法执行和字节码指令的执行，会从局部变量表或对象实例的字段中复制常量或变量写入到操作数栈，再随着计算的进行将栈中元素出栈到局部变量表或者返回给方法调用者，也就是出栈/入栈操作。

动态链接：Java虚拟机栈中，每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的符号引用，持有这个引用的目的是为了支持方法调用过程中的动态链接(Dynamic Linking)。

方法返回：无论方法是否正常完成，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续进行。

虚拟机栈的特点

• 局部变量表随着栈帧的创建而创建，它的大小在编译时确定，创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中，局部变量表的大小不会发生改变。
• Java虚拟机栈会出现两种异常： StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。
• StackOverflowError —— 若Java虚拟机栈的大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前Java虚拟机栈的最大深度时，抛出 StackoverflowError 异常。
• OutOfMemoryError —— 若允许动态扩展，那么当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展时，抛出 OutOfMemoryError 异常。
• Java虚拟机栈也是线程私有，随着线程创建而创建，随着线程的结束而销毁。

出现 StackOverflowError 时，内存空间可能还有很多。

本地方法栈（Native Method Stacks）

本地方法栈是为JVM运行Native方法准备的空间，由于很多Native方法都是用C语言实现的，所以它通常又叫C栈。它与Java虚拟机栈实现的功能类似，只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。

栈帧变化过程

本地方法被执行时，在本地方法栈也会创建一块栈帧，用于存放该方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。

方法执行结束后，相应的栈帧也会出栈，并释放内存空间。也会抛出 StackoverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

如果Java虚拟机本身不支持Native方法，或是本身不依赖于传统栈，那么可以不提供本地方法栈。如果支持本地方法栈，那么这个栈一般会在线程创建的时候按线程分配。

堆（Heap）

堆是用来存放对象的内存空间，几乎所有的对象都存储在堆中。当然，随着优化技术的更新，某些数据也会被放在栈上等。

因为堆占用内存空间最大，堆也是Java垃圾回收的主要区域（重点对象），因此也称作“GC堆”（Garbage Collected Heap）。因为GC的存在，而现代收集器基本都采用分代收集算法，堆又被细化了。

堆的特点

线程共享，整个Java虚拟机只有一个堆，所有的线程都访问同一个堆。而程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈都是一个线程对应一个。

• 在虚拟机启动时创建。
• 是垃圾回收的主要场所,堆的GC操作采用分代收集算法。
• 堆区分了新生代和老年代；
• 新生代又分为：Eden空间、From Survivor（S0）空间、To Survivor（S1）空间。

Java虚拟机规范规定，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。也就是说堆的内存是一块块拼凑起来的。要增加堆空间时，往上“拼凑”（可扩展性）即可，但当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。

Java堆所使用的内存不需要保证是连续的。而由于堆是被所有线程共享的，所以对它的访问需要注意同步问题，方法和对应的属性都需要保证一致性。

方法区（Method Area）

方法区与堆有很多共性：线程共享、内存不连续、可扩展、可垃圾回收，同样当无法再扩展时会抛出OutOfMemoryError异常。
正因为如此相像，Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但目前实际上是与Java堆分开的（Non-Heap）。

Java虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分。方法区存放以下信息：

• 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

方法区的特点

• 线程共享。方法区是堆的一个逻辑部分，因此和堆一样，都是线程共享的。整个虚拟机中只有一个方法区。
• 永久代。方法区中的信息一般需要长期存在，而且它又是堆的逻辑分区，因此用堆的划分方法，把方法区成为“永久代”。
• 内存回收效率低。方法区中的信息一般需要长期存在，回收一遍之后可能只有少量信息无效。主要回收目标是：对常量池的回收；对类型的卸载。
• Java虚拟机规范对方法区的要求比较宽松。和堆一样，允许固定大小，也允许动态扩展，还允许不实现垃圾回收。

运行时常量池

方法区中存放：类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。常量就存放再运行时常量池中。

当类被Java虚拟机加载后， .class 文件中的常量就存放在方法区的运行时常量池中。而且在运行期间，可以向常量池中添加新的常量。如 String 类的 intern() 方法就能在运行期间向常量池中添加字符串常量。

直接内存（对外内存）

直接内存是除Java虚拟机之外的内存，但也可能被Java使用。

操作直接内存

在NIO中引入了一种基于通道和缓冲的IO方式。它可以通过调用本地方法直接分配Java虚拟机之外的内存，然后通过一个存储在堆中的 DirectByteBuffer 对象直接操作该内存，而无须先将外部内存中的数据复制到堆中再进行操作，从而提高了数据操作的效率。

直接内存的大小不受Java虚拟机控制，但既然是内存，当内存不足时就会抛出 OutOfMemoryError 异常。

直接内粗与堆内内存比较

• 直接内存申请空间耗费更高的性能
• 直接内存读取IO的性能要优于普通的堆内存
• 直接内存作用链：本地IO → 直接内存 → 本地IO
• 堆内存作用链：本地IO → 直接内存 → 非直接内存 → 直接内存 → 本地IO

服务器管理员再配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置 -Xmx 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，从而导致动态扩展时出现 OutOfMemoryError 异常。

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