JVM：Java内存模型及分区

对于一个Java开发者，了解Java中的对象、变量等存放的内存区域是十分重要的。本文将全面讲解Java虚拟机中的内存模型和分区。

Java虚拟机把管理的内存划分为几个不同的数据区域，如下图所示。

内存模型

下面就分别展开讲解一下每个区域的功能。

1. Java堆

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，所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”。

从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆还可以细分为新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间等。

从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）。

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。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

2. 方法区

方法区与Java堆一样是所有线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量和即时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），目的是与Java堆区分开。

Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说，这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。

运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面常量和符号引用。

根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

3. Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。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同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法返回地址等信息。每一个方法从被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程，如下图所示。

Java虚拟机栈

局部变量表用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量，其大小在代码编译期间已经确定，在方法运行期间不会改变。局部变量表以变量槽（Slot）为最小存储单位，每个Slot能够存放一个boolean、byte、char、short、int、float、reference（对象引用）和returnAddress（指向了一条字节码指令的地址）类型的32位数据，对于64位的数据类型long和double，虚拟机会以高位对齐的方式为其分配两个连续的Slot空间。

在方法执行时，如果是实例方法，即非static方法，局部变量表中第0位Slot默认存放对象实例的引用，在方法中可以通过关键字 this 进行访问，方法参数按照参数列表顺序，从第1位Slot开始分配，方法内部变量则按照定义顺序进行分配其余的Slot。

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，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。