Java内存区域

程序计数器

作用：存储下一条JVM指令的执行地址(当前线程所执行的字节码的行号指示器)

java代码在编译过程中，会被转化为JVM指令（二进制字节码）。二进制字节码通过字节码解释器解释为机器码，才能经CPU处理。这个过程中，程序计数器时刻指向下一条JVM指令地址。

特点：

• 线程私有：每条线程具有独立的程序计数器，各条线程之间程序计数器互不影响，独立存储。
• 唯一一个不存在内存溢出(OutOfMemoryError)的区域

虚拟机栈

虚拟机栈：每个线程运行时所需要的内存空间

栈帧：方法调用时所需要的内存空间

每个栈由多个栈帧组成，对应着每次调用方法时所占用的内存。每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法。

两种异常状况

• StackOverflowError

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError异常。如栈帧过多或过大。

• OutOfMemoryError

虚拟机栈可以申请动态扩展。当扩展时无法申请到足够内存时，抛出OutOfMemoryError异常

特点：

• 栈是线程私有的
• 垃圾回收不涉及栈内存
• 当扩展时无法申请到足够内存时，抛出OutOfMemoryError异常

本地方法栈

作用同虚拟机栈。

不同点在于：本地方法栈为虚拟机使用到的 Native 方法服务；虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法(字节码)服务。

也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

Java虚拟机管理的内存最大的一块区域，用于存放对象实例，在虚拟机启动时创建。

特点：

• Java堆是被所有线程共享的内存区域。
• 存在垃圾回收机制。
• 当堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法扩展时，抛出OutOfMemoryError异常。

根据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，只要逻辑上连续即可。在实现时，可实现成固定大小，也可实现堆空间扩展(通过 -Xmx 和 -Xms 控制)。

方法区

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量(运行时常量池)、静态变量等数据。

特点：

• 方法区是线程共享的内存区域
• 可以选择不实现垃圾回收
• 当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError异常

Java虚拟机规范规定：方法区不需要连续的内存；可以选择固定大小或可扩展；可以选择不实现垃圾回收。

方法区垃圾回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载

运行时常量池

常量池：**用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。**虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量信息
运行时常量池：
常量池是*.class文件中的，当该类被加载以后，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

运行时常量池具有动态性。常量并不一定只在编译期间产生，运行期间也可能将新的常量放入池中。常见例子：intern()方法

运行时常量池是方法区的一部分，与方法区相同，可以抛出OutOfMemoryError异常

直接内存

• 常用于NIO操作，用于数据缓冲区
• 分配和回收成本高，但读写较快
• 不受垃圾回收机制管理

直接内存并不是虚拟机定义的内存区域，但是这部分内存也会被频繁使用，并且动态扩展时可能抛出OutOfMemoryError异常

在IO的过程中，Java无法直接操作磁盘文件，而是使用本地方法操作和读取磁盘文件。这个过程是在系统内存中创建缓冲区，将数据读取到系统缓冲区，随后将缓冲区数据拷贝至堆内存中。

JDK1.4引入了一种基于通道和缓冲区的IO方式(NIO)之后，可以使用Native函数库直接配堆外内存，然后通过DirectByteBuffer对象操作这块内存。避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，可以显著提升性能