JVM原理（一）：JVM运行时数据区域的分析

1. 程序计数器

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。

作用

在Java虛拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

线程私有，程序计数器是唯一一个不会内存溢出的区域，详情如下：

2. Java虚拟机栈

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，执行完毕后就会出栈。

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局部变量表

局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。

这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽(Slot)来表示，其中long、double会占用两个槽，局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。

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异常

StackOverflowError异常：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度会抛出。

OutOfMemoryError异常：如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存会抛出该异常。

值得注意的是，以上情况出现在Classic虚拟机上，但是Hotpot虚拟机的栈容量不可以扩展的，所以只会出现OOM。

3. 本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈是非常相似的，不同的是：虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地(Native)方法服务。

本地方法：本地方法是由其它语言编写的，编译成和处理器相关的机器代码。

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异常

同上。

4. Java堆

《Java虚拟机规范》中对Java堆的描述：所有的对象实例以及数组都应当在堆上分配。

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特点：

1. 是虚拟所管理的内存中最大的一块。

2. Java堆是被所有线程共享的一块内存区域。

3. Java堆也是垃圾收集器管理的内存区域，因此一些资料也将他称为“GC堆”

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异常

如果在Java堆中没有内存完成分配，并且堆也无法再扩展时，Java堆会抛出OOM异常。

5. 方法区

方法区与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。别名“非堆”。

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历史

在JDK8以前，许多Java程序员更愿意把方法区称呼为“永久代”。

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方法区的垃圾收集行为

《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，同时垃圾收集行为在这个区域比较少出现。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。但是这个区域的回收效果不是很好。

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异常

如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将会抛出OOM异常。

6. 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，用于存放编译器生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法去的运行时常量池中。

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动态性

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异常

运行时常量池会受到方法区的内存限制，当常量池无法申请到内存时会抛出OOM异常。

7. 直接内存