JVM 内存结构

JVM 是典型的基于栈的架构，不同于 Android 操作系统设计的 Dalvik 虚拟机采用的基于寄存器的架构，其在单运算的操作次数上会多于基于寄存器的架构。

Java 虚拟机会将内存分为几个不同的管理区，这些区域各自有各自的用途，根据不同的特点，承担不同的任务以及在垃圾回收时运用不同的算法。总体分为下面几个部分：

• 堆（Heap）：所有的对象实例和数组，根据虚拟机规范的规定，Java 堆可以是固定的大小也可以是按照需求动态扩展的，而且不需要保证是连续的。

• 元空间（Metaspace）：类的结构信息，如类的字段、方法、接口、构造函数，还有运行时常量池等。在 Java 8 之前，PermGen 是存放在堆中，在 Java 8 之后，PermGen 被 Metaspace 替代，并且 Metaspace 直接存放在原生内存，而不再是堆中。

• 程序计数器（Program Counter Register）：如果线程执行的是一个 Java 方法，那么寄存器里面记录的就是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果线程执行的是一个 native 方法，那么寄存器记录的值为 undefined。程序计数寄存器也是虚拟机规范里面唯一一个没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

• 虚拟机栈（JVM Stacks）：局部变量表、操作数栈、方法出口等信息，局部变量表存放了编译时期可知的各种基本数据类型、对象引用和指向了一条字节码指令的地址。

• 本地方法栈（Native Method Stacks）：局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。

除此之外，还有 JVM 内存管理之外的一个内存区：直接内存。在 JDK1.4 中新加入类 NIO 类，引入了一种基于通道与缓冲区的 IO 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，即我们所说的直接内存，这样在某些场景中会提高程序的性能。

Java 内存模型规定所有的变量都是存在主存当中，每个线程都有自己的工作内存。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。每当创建一个新的线程时，JVM 会为该线程创建一个虚拟机栈，同时会为这个线程分配一个 PC 寄存器，并且这个 PC 寄存器会指向这个线程的第一行可执行代码。每当调用一个新方法时会在这个栈上创建一个新的栈帧数据结构，这个栈帧会保留这个方法的一些元信息，如在这个方法中定义的局部变量、一些用来支持常量池的解析、正常方法返回以及异常处理机制等等。

如果线程清求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出 StackOverflowError 异常；如果虚拟机栈可以动态扩展 (当前大部分的 Java 虚拟机都可动态扩展，只不过 Java 虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈)，当扩展时无法申请到足够的内存时会拋出 OutOfMemoryError 异常。