JVM运行时内存区域

Java虚拟机在执行Java程序时会把它所管理的内存划分为几块区域，分别用于负责不同的任务。有些区域的创建和销毁依赖于虚拟机进程，有的则依赖于用户线程的创建和销毁。废话不多说，我们来看看JVM运行时内存区域具体是个什么鬼，先看张图：

JVM运行时数据区

原谅我不会画图，凑合着看看哈~
我们从图上可以看到，Java虚拟机在运行程序时，并非所有的内存数据都同等对待，分为线程共享和线程私有的两种区域。线程共享即所有的线程都可以访问该区域的数据，而私有内存是伴随线程的创建而创建的区域，只对当前线程可见，并伴随线程的销毁而回收。
我们接着来看两种区域下更细致的划分：

一、共享内存

Java堆（Java Heap）
在绝大多数情况下，Java堆算得上是JVM中空间最大的区域，因为这里的唯一作用就是存放程序中实例化的对象，几乎所有的对象实例都会在这里分配内存空间。它被所有线程共享，伴随着Java虚拟机的启动而创建。
Java堆可以是物理上不连续的内存空间，但要求必须保证逻辑连续。在实现方面，可以设置为固定大小，也可以是可扩展的，主流的虚拟机是通过 -Mmx和 -Mms 进行配置实现。如果堆的剩余空间不足以分配实例对象需要的空间，且无法继续扩展，则会抛出OutOfMemoryError异常。
那Java虚拟机怎么解决空间不足的问题呢？答案是内存回收 - 垃圾收集机制，即依赖垃圾收集器回收已经“死掉”的对象所占用的内存，以供后续新创建的对象使用。Java堆是垃圾收集器主要管理的区域，所以也叫做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。目前主流的虚拟机实现收集器都采用分代收集算法，大致做法就是将Java堆细分为Eden区、From Survivor区、To Survivor区，新创建的对象优先会在Eden区分配空间，有的虚拟机还支持开启本地线程缓冲区（Thread Local Allocation Buffer. TLAB）,（WTF，什么鬼玩意儿！）别慌，这个缓冲区只是为了帮助更快速地分配和回收内存，可以先不了解具体原理，但要知道如果开启了这个缓冲区，则优先在TLAB区域分配空间。当然一些例外的大对象，会直接在老年代分配内存空间，这么做是为了避免对象老年化的时候迁移大量数据。
对象的回收算法还有标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法，关于GC的收集算法，后续会单独介绍。
方法区（Method Area）
方法区中存储的是已被虚拟机加载完毕的类信息、常量、静态变量以及即时编译器编译后的代码等数据。不同的虚拟机对方法区的实现方式各不相同，HotSpot虚拟机上采用永久代的方式来实现方法区，但这样容易遇到内存溢出的问题（永久代有 -XX:MaxPremSize的上限）。现在HotSpot虚拟机已经逐步采用Native Memory的方式来代替永久代，JDK1.7版本的HotSpot中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出。注意，这里指的是字符串常量池将不属于永久代，但仍属于方法区的一部分，即永久代并不等价于方法区。
方法区和堆区一样，是所有线程共享的区域，并且Java虚拟机规范认为方法区是堆的一个逻辑部分，但实际上和堆是有区分的，它还有一个别名“Non-Heap”，即非堆。最大的不同之处是内存回收方面，Java虚拟机规范不要求方法区必须实现垃圾收集，这不代表方法区的数据会“长生不死”，方法区的回收目标主要是常量池的回收和类型的卸载，严格意义来讲，这些区域的内存回收也很有必要。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）
运行时常量池是方法区的一部分，它的作用是存放编译期生成的字面量和符号引用，这些数据来自于Class文件的常量池（Constant Pool Table）,出这些之外，运行时常量池还会存放翻译后的直接引用。相较于Class文件的常量池，运行时常量池还具有动态性，这意味着其中存放的常量不仅仅是在编译期产生，还会在运行期存放新的常量。

二、线程私有内存

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
虚拟机栈是对Java方法执行过程中的内存模型的描述。可以这么描述：每个方法在执行的时候会在虚拟机栈中创建一个对应的栈帧（Stack Frame）用于存储方法中的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。该方法的调用、执行、完成的过程，对应着栈帧在虚拟机栈中的入栈到出栈的过程。局部变量表存放的数据有以下几种：
a. 了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）
b. 对象引用（reference,是一个指向对象起始地址的引用指针或者是指向代表对象的句柄）
c. returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）
值得关注的是，局部变量表所需要的内存大小是在编译期确定并且完成分配，运行期不会动态改变局部变量表的大小。如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，会抛出StackOverFlowError异常；如果无法申请到足够的内存，则会抛出OutOfMemoryError异常。
本地方法栈（Native Method Stack）
本地方法栈和虚拟机栈的作用几乎一致，但本地方法栈的服务对象是虚拟机所使用到的Native方法，而虚拟机栈是服务于虚拟机执行的Java方法。在Sun公司的HotSpot虚拟机的实现中，本地方法栈和虚拟机栈被放到了一起实现。
程序计数器（Program Counter Register）
这是一块比较小的内存空间，它用于指定当前线程正在执行的字节码的行号，也叫行号指示器。基于这一点作用，就决定了程序计数器必须是线程私有的内存区域，因为在处理器的每个内核中，任意时刻都只会执行一个线程中的一个指令，只有保证程序计数器是线程独立的，线程之间的执行才不会因为处理器切换线程而互相影响。注意一点，如果当前线程正在执行Java方法，则计数器记录的正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行Native方法，则计数器值为空（Undifined）。

三、直接内存（Direct Memory）

首先声明一点，直接内存并不属于Java虚拟机运行时内存区域。那这块区域是干什么的呢？它是JDK1.4引入NIO以后，基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的I/O方式，使用Native函数库直接分配的堆外内存区域。在Java堆中会存储着一个对应的DirectByteBuffer对象作为这块堆外内存的引用，避免在Java堆和Native堆中来回复制数据。
直接内存的大小不会收到Java堆的内存限制，但是会受到本机总内存大小和处理器寻址空间的限制。