Java 内存模型 -- jvm 速记

内存模型

Java 虚拟机在执行 Java 程序过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同数据区域。
分别为

• Program Counter Register(程序计数器)
• Java Virtual Machine Stack(Java 虚拟机栈)
• Native Method Stack(本地方法栈)
• Java Heap(Java 堆)
• Method Area(方法区)

此外，还有一个相关内存区域

• Direct Memory(直接内存)

程序计数器

程序计数器可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，是一块较小的内存空间。

如果线程正在执行的是一个 Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，并且会改变这个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这个计数器来完成。

Java 中的虚拟机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实现的，在同一时刻，一个线程只能执行一条指令，因此，每条线程都有一个独立的程序计数器，保证线程切换后可以恢复到正确的执行位置，互不影响独立存储，程序计数器属于线程私有的内存

由于存储内容确定，此内存区域也是 Java 中唯一一个不会出现内存溢出的区域

Java 虚拟机栈

虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型。多个线程可以同时执行一个方法，推出 Java 虚拟机栈也是线程私有。

每个方法在执行时会创建一个栈帧（用来存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法返回地址等信息），并将栈帧压入先入后出的 Java 虚拟机栈。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型，对象引用类型，局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配， 方法运行期间不会改变局部变量表的大小，对应 Java 是静态语言

可能存在的异常：
StackOverflowError: 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度
OutOfMemoryError: 虚拟机栈动态扩展时无法申请到足够内存

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，本地方法栈为虚拟机提供 Native 方法服务。
线程私有。

本地方法栈同样会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

Java 堆

Java 堆主要用来存放对象实例以及数组， 也是 GC 管理的主要区域。线程共享的一块内存区域，多个线程可以访问同一实例内容

从内存的角度来看，Java 堆分为新生代和老年代。新生代又划分为 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间。

OutOfMemoryError：堆中没有内存完成实例分配，堆也无法再扩展时抛出。

方法区

方法区也是线程共享的一块区域，用来存储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。

这块区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和对类型的卸载。

OutOfMemoryError: 同样，无法满足内存分配需求时抛出。

运行时常量池

方法区的一部分，存放编译期生成的各种字面量和符号引用，也包括直接引用。

抛出异常同方法区

直接内存

这块内存不属于虚拟机运行时的数据区域， 但也被频繁引用。主要与 NIO (基于通道和缓存区的 I/O 方式) 相关。

使用方式是通过 Native 函数库直接分配堆外内存，使用 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象直接引用堆外内存，避免 Java 堆和 Native 堆来回复制数据。

OutOfMemoryError: 直接内存不受 Java 虚拟机内存影响，如果根据物理内存或系统级内存设置 Java 虚拟机内存，忽略直接内存，动态扩展时可能导致异常。