一、JVM簡介

JVM，即Java虛擬機（Java Virtual Machine），一種能夠運行Java bytecode的虛擬機，是Java實現跨平臺的基礎。

引入Java語言虛擬機后，Java語言在不同平臺上運行時不需要重新編譯。Java語言使用Java虛擬機屏蔽了與具體平臺相關的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼（字節碼），就可以在多種平臺上不加修改地運行。Java虛擬機在執行字節碼時，把字節碼解釋成具體平臺上的機器指令執行。這就是Java的能夠“一次編譯，到處運行”的原因。

二、JVM分區

Java虛擬機在執行Java程序的過程中，會把它管轄的內存劃分為若干個不同的數據區域。如下圖所示：

（1）程序計數器

程序計數器（Program Counter Register）：程序計數器是一個比較小的內存區域，用于指示當前線程所執行的字節碼執行到了第幾行，可以理解為是當前線程的行號指示器。字節碼解釋器在工作時，會通過改變這個計數器的值來取下一條語句指令。每個程序計數器只用來記錄一個線程的行號，所以它是線程私有（一個線程就有一個程序計數器）的。

如果程序執行的是一個Java方法，則計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令地址；如果正在執行的是一個本地（native，由C語言編寫完成）方法，則計數器的值為Undefined，由于程序計數器只是記錄當前指令地址，所以不存在內存溢出的情況，因此，程序計數器也是所有JVM內存區域中唯一一個沒有定義OutOfMemoryError的區域。

（2）虛擬機棧

虛擬機棧（JVM Stack）：一個線程的每個方法在執行的同時，都會創建一個棧幀（Statck Frame），棧幀中存儲的有局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口等，當方法被調用時，棧幀在JVM棧中入棧，當方法執行完成時，棧幀出棧。

局部變量表中存儲著方法的相關局部變量，包括各種基本數據類型，對象的引用，返回地址等。在局部變量表中，只有long和double類型會占用2個局部變量空間（Slot，對于32位機器，一個Slot就是32個bit），其它都是1個Slot。需要注意的是，局部變量表是在編譯時就已經確定好的，方法運行所需要分配的空間在棧幀中是完全確定的，在方法的生命周期內都不會改變。

虛擬機棧中定義了兩種異常，如果線程調用的棧深度大于虛擬機允許的最大深度，則拋出StatckOverFlowError（棧溢出）；不過多數Java虛擬機都允許動態擴展虛擬機棧的大小(有少部分是固定長度的)，所以線程可以一直申請棧，直到內存不足，此時，會拋出OutOfMemoryError（內存溢出）。

每個線程對應著一個虛擬機棧，因此虛擬機棧也是線程私有的。

（3）本地方法棧

本地方法棧（Native Method Statck）：本地方法棧在作用、運行機制、異常類型等方面都與虛擬機棧相同，唯一的區別是：虛擬機棧是執行Java方法的，而本地方法棧是用來執行native方法的，在很多虛擬機中（如Sun的JDK默認的HotSpot虛擬機），會將本地方法棧與虛擬機棧放在一起使用。

本地方法棧也是線程私有的。

（4）堆區

堆區（Heap）：堆區是理解Java GC機制最重要的區域，沒有之一。在JVM所管理的內存中，堆區是最大的一塊，堆區也是Java GC機制所管理的主要內存區域，堆區由所有線程共享，在虛擬機啟動時創建。堆區的存在是為了存儲對象實例，原則上講，所有的對象都在堆區上分配內存（不過現代技術里，也不是這么絕對的，也有棧上直接分配的）。

一般的，根據Java虛擬機規范規定，堆內存需要在邏輯上是連續的（在物理上不需要），在實現時，可以是固定大小的，也可以是可擴展的，目前主流的虛擬機都是可擴展的。如果在執行垃圾回收之后，仍沒有足夠的內存分配，也不能再擴展，將會拋出OutOfMemoryError異常。

（5）方法區

方法區（Method Area）：在Java虛擬機規范中，將方法區作為堆的一個邏輯部分來對待，但事實上，方法區并不是堆（Non-Heap）；另外，不少人的博客中，將Java GC的分代收集機制分為3個代：青年代，老年代，永久代，這些作者將方法區定義為“永久代”，這是因為，對于之前的HotSpot Java虛擬機的實現方式中，將分代收集的思想擴展到了方法區，并將方法區設計成了永久代。不過，除HotSpot之外的多數虛擬機，并不將方法區當做永久代，HotSpot本身，也計劃取消永久代。本文中，由于筆者主要使用Oracle JDK6.0，因此仍將使用永久代一詞。

方法區是各個線程共享的區域，用于存儲已經被虛擬機加載的類信息（即加載類時需要加載的信息，包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、靜態變量、編譯器即時編譯的代碼等。

方法區在物理上也不需要是連續的，可以選擇固定大小或可擴展大小，并且方法區比堆還多了一個限制：可以選擇是否執行垃圾收集。一般的，方法區上執行的垃圾收集是很少的，這也是方法區被稱為永久代的原因之一（HotSpot），但這也不代表著在方法區上完全沒有垃圾收集，其上的垃圾收集主要是針對常量池的內存回收和對已加載類的卸載。

在方法區上進行垃圾收集，條件苛刻而且相當困難，效果也不令人滿意，所以一般不做太多考慮，可以留作以后進一步深入研究時使用。

在方法區上定義了OutOfMemoryError異常，在內存不足時拋出。

運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分，用于存儲編譯期就生成的字面常量、符號引用、翻譯出來的直接引用（符號引用就是編碼是用字符串表示某個變量、接口的位置，直接引用就是根據符號引用翻譯出來的地址，將在類鏈接階段完成翻譯）；運行時常量池除了存儲編譯期常量外，也可以存儲在運行時間產生的常量（比如String類的intern()方法，作用是String維護了一個常量池，如果調用的字符“abc”已經在常量池中，則返回池中的字符串地址，否則，新建一個常量加入池中，并返回地址）。

（6）直接內存

直接內存（Direct Memory）：直接內存并不是JVM管理的內存，可以這樣理解，直接內存，就是JVM以外的機器內存，比如，你有4G的內存，JVM占用了1G，則其余的3G就是直接內存，JDK中有一種基于通道（Channel）和緩沖區 （Buffer）的內存分配方式，將由C語言實現的native函數庫分配在直接內存中，用存儲在JVM堆中的DirectByteBuffer來引用。 由于直接內存收到本機器內存的限制，所以也可能出現OutOfMemoryError的異常。

參考資料：https://segmentfault.com/a/1190000002579346

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM（1）——JVM内存分区的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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