Java运行时数据区概述详解

Java 虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域,这些区域都有各自的用途，如图所示：

程序计数器

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

在虚拟机的概念模型中（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更加高效的方式去实现），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，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。

如果线程正在执行一个Java方法，则这个计数器记录的正是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，则这个计数器值为空。

此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈和程序计数器一样，都是线程私有的。

Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数帧、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型，它所需要的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况，如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将会抛出 StackOverflowError 异常；如果虚拟机栈可以动态拓展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError 异常。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，但是本地方法栈为虚拟机使用Native方法服务。

Java堆

对于大多数应用来说，Java堆是JavaScript虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。

此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都要在堆上分配。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为 “GC堆”。

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中，只要逻辑上是连续的即可。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再拓展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

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信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据

虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的可能是和Java堆区分开来。

对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者而言，很多人更愿意将方法区称为“永久代”。本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代手机扩展到方法区，这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存。但这看起来不是一个好主意，因为更容易遇到内存溢出问题。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。

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