深入理解JVM（二）运行时数据区域

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1 什么是运行时数据区域

JVM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,JVM所管理的内存包括以下几个运行时数据区域：

2 运行时数据区域

2.1 程序计数器(Program Counter Register)

程序计数器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。如果执行的是native方法，那这个指针就不工作了。

特点

程序计数器是一块较小的内存空间，几乎可以忽略
Java多线程执行时，每个线程都有它自己的程序计数器，是线程私有的，各个线程之间计数器互不影响，生命周期与线程的生命周期一致
该区域不存在OutOfMemoryError
无GC回收；

2.2 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)

虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

特点

Java多线程执行时，每个线程都有它自己的虚拟机栈，是线程私有的，各个线程之间虚拟机栈互不影响，生命周期与线程的生命周期一致
JVM 直接对虚拟机栈的操作只有两个：每个方法执行，伴随着入栈（进栈/压栈），方法执行结束出栈（后进先出）
如果采用固定大小的 Java 虚拟机栈，那当线程请求分配的栈容量超过 Java 虚拟机栈允许的最大容量，Java 虚拟机将会抛出StackOverflowError
如果 Java 虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那 Java 虚拟机将会抛出OutOfMemoryError（hotspot虚拟机没有）
–栈中存放的是方法的局部变量名，而变量名所指向的值（常量值、对象值等）都是存放到堆中的
栈所占的空间其实很小，如果不设置默认为1M
无GC回收；

2.3 本地方法栈(Native Method Stacks)

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。在 Hotspot 虚拟机中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

2.4 Java堆(Java Heap)

内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java世界里几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

特点

是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块
是被所有线程共享的一块内存区域
是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”
在虚拟机启动时创建
Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过参数-Xmx和-Xms设定）。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为连续的
如果从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升对象分配时的效率。多线程同时分配内存时，使用 TLAB 可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能提升内存分配的吞吐量

2.5 方法区(Method Area)

方法区（Method Area）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型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然《Java虚拟机规范》中方法区被描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫作“非堆”（Non-Heap），目的是与Java堆区分开来。

方法区（method area）只是 JVM规范中定义的一个概念，用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据，并没有规定如何去实现它，不同的厂商有不同的实现。而永久代（PermGen）是Hotspot 虚拟机特有的概念， Java8 的时候又被元空间取代了，永久代和元空间都可以理解为方法区的实现。

特点