浅析JVM内存分区

内存管理是开发者必须掌握的基本功，不然程序总是会在各种难以捉摸的错误中崩溃，一些语言，例如C、C++开发者们自己申请内存，使用完自己释放，但是不当的代码书写习惯往往导致内存泄露，引用空指针等等错误，而Java借助于虚拟机帮我们完成了许多工作，使开发者从内存管理的深坑中爬出来了，但是由于隔着这层虚拟机，出现问题时的应对策略更显功力，需要对虚拟机内存管理机制的深入了解。

这篇文章只是粗浅的介绍下虚拟机内存区域的大概分布，让初学者在脑海中有个大概印象，而印象的开始则借助于下面的一幅图：

Java内存区域分为大的两个区域，一部分是线程共享的，另一部分则是每个线程所独有的。刚开始了解编程时，大致就有印象，栈内存存在于方法体中，定义的那些变量什么的都是栈内存，方法结束就没了，堆内存则是使用new关键字申请出来的。当然这只是粗线的认识，下面一块块的说上图中的内存分布。

程序计数器

类似于CPU中的PC寄存器，用于存放下一条指令的地址，但是虚拟机不使用CPU的程序计数器，而是自己在内存里设立一片区域模拟CPU的程序计数器。改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，包括分支、循环、跳转、异常、线程恢复等基础功能都依赖于计数器。

Java的每个线程都有其独立的计数器，计数器之间互不影响，这样当多线程操作时，一个挂起的线程在恢复时，仍然能够从计数器中恢复之前运行到的地方，继续执行。所以说程序计数器也是线程隔离的。执行Java方法时，计数器中存放的是虚拟机字节码的地址，而运行Native方法时则是空（undefined）。该区域不会产生OutOfMemoryError。

虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期等同于线程的生命周期。虚拟机栈描述的是Java方法执行时的内存模型。当方法执行时，会创建一个栈帧，用于存储方法执行期间所用到的数据结构，包含局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。

当一个方法执行时，一个包含以上元素的栈帧入栈，当方法退出时，栈帧出栈。一般我们都会知道内存区分为堆区和栈区，实际上也是个粗浅的分法，栈指的就是虚拟机栈，而其中最重要的部分就是局部变量表。

Java的垃圾收集器是不会去回收栈上的内容的，因为栈上的内容总是随着方法的结束自动释放。局部变量表包含着各种编译期已知的基本数据类型、对象引用和returnAddress。基本数据类型就是Java的8大基本数据类型（boolean,byte,char, short, int, float, long, double）,对象引用，你可以把它当成指向实际对象地址的指针或者一个代表对象的句柄，returnAddress则是一条字节码指令的地址。当进入一个方法时，它所需要分配的空间在编译期就是已知的了。

在虚拟机栈中可能会报以下两种异常：

• StackOverflowError： 线程请求的栈深度大于所允许的深度
• OutOfMemoryError： 大多数虚拟机栈是可以动态扩展的，如果无法申请到足够内存，就会抛出。

本地方法栈

区别于虚拟机栈执行的是Java方法，本地方法栈则是虚拟机使用的Native方法服务，我们在看一些库的源码时正常定位到最后就是用Native方法实现的，但是在虚拟机规范里对本地方法使用的语言，使用方式进行硬性规定，所以虚拟机可以任意实现它。HotSpot中本地方法栈和虚拟机栈是合在一起的。

堆

至少从学习C语言时，我们就听说malloc方法会在堆上分配空间。Java的堆上也是分配实例对象的。虚拟机规范上讲，基本所有的对象实例和数组都分配的堆上，例如上面栈上对象引用指向的对象，都是在堆上分配的。但是随着编译器技术的发展，所有对象都在堆上分配就不是那么纯粹了。

堆也是垃圾收集（GC）的主阵地。现代收集器基本都采用了分代收集算法，所以堆也可以划分为新生代和老年代，再细致点还有Eden空间，From Survivor空间和To Survivor空间。由于虚拟机实现了自动垃圾收集，所以在Java中，堆中new出的对象是不需要手动释放的。

我们可以通过-Xmx和-Xms控制堆的默认大小，如果在堆中再也申请不到内存，则会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区也是各个线程间共享的区域，一般存储已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。一般很多人也把方法区称为永久代。其实仅仅是HotSpot团队把GC分代收集也扩展到方法区了，让垃圾收集器可以一块回收方法区的内存，但是其它的虚拟机实现没有这么做，也不存在永久代的，HotSpot自身也已经在JDK1.7上移除了永久代中的常量池。

相对而言，垃圾收集在方法区是不怎么出现的。这个区域主要回收的是常量池和类型的卸载，但是实际上对二者的回收发生的条件极为苛刻，很少发生收集。