JVM的内存布局

什么是JVM

首先JVM是运行Java代码的假想计算机，运行在操作系统之上的，与硬件没有直接的交互。

Java源文件经过编译后形成字节码文件，通过JVM的类加载的机制进入Java虚拟机的运行数据区，再通过一套的字节码指令集，将Java的代码翻译成计算机能够识别的指令，最终实现Java代码在计算机上的运行实现。

• 其中的JVM内存布局的概念：指的就是JVM的运行数据区

JVM运行数据区

1、JVM中内存的划分主要为5部分：虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器、方法区和堆

2、通过上图可以查看到，JVM内存可以分为两部分，其中一部分为线程私有内存，包括的有程序计数器、本地方法栈和虚拟机栈；第二部分线程共享的内存划分为方法区和堆

线程私有内存

• 1、程序计数器

作用：用来指示和记录当前线程在执行字节码时的行号信息（地址信息），当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

每一个线程都有一个程序计数器，线程之间程序计数器互不干扰，相互独立；

注意：程序计数器是唯一一个没有outofmemoryerror 错误的内存区域，它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

• 2、虚拟机栈

作用：每一个方法在执行的过程中，都会创建一个栈帧用来存储局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口信息，其生命周期和线程是相同的；

对应的每一个方法从调用到结束，就意味着在虚拟机栈帧上的入栈和出栈的操作；

对于执行引擎来说：每一个处于栈帧顶部的方法栈帧才是有效的，也被称为当前方法；

注意：该内存可能会出现的异常：
stackoverflowerror 意味着栈帧的个数超过虚拟机栈帧的最大的深度，
outofmemoryerror 意味着虚拟栈帧无法申请足够的内存；

• 3、本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈是功能相同的，区别在于本地方法栈适用于的是本地方法；

方法执行完毕后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间，也会出现 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 两种异常。

线程共享的内存

• 1、方法区

作用：就是存储对象，对象包括被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量、编译后的代码、运行时常量池信息；

运行时常量池：Class 文件中的常量池（编译器生成的字面量和符号引用）会在类加载后被放入这个区域；

方法区也被称为永久代：方法区和永久代的关系很像Java中接口和类的关系，类实现了接口，而永久代就是HotSpot虚拟机对虚拟机规范中方法区的一种实现方式

方法区不需要连续的内存，并且可以动态扩展，动态扩展失败一样会抛出 OutOfMemoryError 异常；

为什么要将永久代(PermGen)替换为元空间(MetaSpace)呢?

整个永久代有一个 JVM 本身设置固定大小上线，无法进行调整，而元空间使用的是直接内存，受本机可用内存的限制，并且永远不会得到java.lang.OutOfMemoryError。

可以使用 -XX：MaxMetaspaceSize 标志设置最大元空间大小，默认值为 unlimited，这意味着它只受系统内存的限制。-XX：MetaspaceSize 调整标志定义元空间的初始大小如果未指定此标志，则 Metaspace 将根据运行时的应用程序需求动态地重新调整大小

• 2、堆

堆的作用：此内存区域的唯一目的就是存放对象实例、数组对象；是JVM内存回收的主要区域，因此也被称作GC堆，现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法。

• 新生代（Young Generation）：eden、s0，s1
• 老年代（Old Generation）：tentired
  

堆不需要连续内存，并且可以动态增加其内存，增加失败会抛出 OutOfMemoryError 异常；

• 3、直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用。而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常出现。

在 JDK 1.4 中新引入了 NIO 类，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在堆内存和堆外内存来回拷贝数据

本机直接内存的分配不会收到 Java 堆的限制，但是，既然是内存就会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制

• 4、运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有常量池信息（用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用）

既然运行时常量池时方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

JVM思维导图