引言

大家好，我們又見面了。有小伙伴說 JVM 內(nèi)存區(qū)域在學(xué)習(xí)與面試的時候常常理不清，為了解決這位小伙伴的困擾，我將通過兩篇文章為大家理清 JVM 內(nèi)存區(qū)域劃分，這篇是第一篇將為大家介紹 JVM 內(nèi)存區(qū)域的邏輯概念，下一篇將和大家嘮一嘮 HotSpot 虛擬機實現(xiàn)的一些小細節(jié)。安全帶系好，發(fā)車咯！

運行時數(shù)據(jù)區(qū)

首先我們來明確一下運行時數(shù)據(jù)區(qū)的概念，Java 虛擬機在執(zhí)行 Java 程序的過程中會將它所管理的內(nèi)存劃分為若干不同的數(shù)據(jù)區(qū)，這些數(shù)據(jù)區(qū)就是運行時數(shù)據(jù)區(qū)，這些區(qū)域有各自的用途和生命周期。

根據(jù)《Java 虛擬機規(guī)范》的規(guī)定 JVM 所管理的內(nèi)存分為：虛擬機棧、本地方法棧、程序計數(shù)器、方法區(qū)和堆這五種運行時數(shù)據(jù)區(qū)。

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下面我們來分別介紹他們的邏輯概念。

需要注意，邏輯概念只是《Java虛擬機規(guī)范》中對運行時數(shù)據(jù)區(qū)進行的邏輯規(guī)范，不同的虛擬機的具體實現(xiàn)會略有差異。

虛擬機棧

虛擬機棧也是我們常說的 Java 棧，是線程私有的，在每一個線程啟動的時候都會創(chuàng)建一個虛擬機棧。

虛擬機棧的生命周期和線程一致，虛擬機棧的內(nèi)部存儲著一個個棧幀，對應(yīng)著 Java 方法的一次次調(diào)用，方法被調(diào)用則壓棧，方法調(diào)用結(jié)束則出棧。

每一個棧幀內(nèi)部又存儲了局部變量表、方法返回地址、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接等信息。

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在虛擬機棧規(guī)范了兩種異常情況。一是當線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度則會拋出 SOF（StackOverflowError）異常；二是當虛擬機棧容量動態(tài)擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存則會拋出 OOM（OutOfMemoryError）異常。

本地方法棧

本地方法棧的作用與虛擬機棧類似，只不過虛擬機棧服務(wù)于 Java 方法調(diào)用，本地方法棧服務(wù)于本地方法（native）調(diào)用。

本地方法棧也是線程私有的，且與虛擬機棧一致，在棧深度異常和擴展失敗時分別會拋出 SOF 異常和 OOM 異常。

程序計數(shù)器

程序計數(shù)器用作當前線程所執(zhí)行字節(jié)碼的行號指示器，同樣是線程私有的，它會存儲當前正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令地址，并在當前字節(jié)碼指令執(zhí)行結(jié)束后切換為下一步需執(zhí)行的字節(jié)碼指令地址，線程就在程序計數(shù)器的推動下一步步執(zhí)行。

如果當前執(zhí)行的是本地方法，則程序計數(shù)器會存儲 Undefined。

方法區(qū)

方法區(qū)是各個線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，主要用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器（JIT）編譯后的代碼緩存等數(shù)據(jù)。

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JVM 關(guān)閉后方法區(qū)將會被釋放。

方法區(qū)的常量主要被劃分為運行時常量池和字符串常量池兩大區(qū)域。

字節(jié)碼文件中有一個區(qū)域叫做常量池表（Constant Pool Table），常量池表主要用于存儲編譯器生成的各種字面量與符號引用。

常量池表可以看作是一張表，虛擬機指令根據(jù)這張常量表找到要執(zhí)行的類名、方法名、參數(shù)類型、字面量等類型

而常量池表存儲的內(nèi)容將在類加載后存放到方法區(qū)的運行時常量池中。

至于字符串常量池就是用于儲存字符串。

需要注意 Java 中的基本類型的包裝類的大部分都實現(xiàn)了常量池技術(shù)，不過這里的常量池嚴格來說應(yīng)該叫做對象池，所以它們歸屬于堆，并不屬于方法區(qū)。

無論在不同版本的虛擬機實現(xiàn)中字符串常量池和靜態(tài)變量的存儲位置發(fā)生了怎樣的變化，在邏輯上這兩個區(qū)域是永遠歸屬于方法區(qū)的。

方法區(qū)在內(nèi)存擴展失敗的時候同樣會拋出 OOM 異常。

堆

堆和方法區(qū)一樣也是各個線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域。堆也就是我們常說的 Java 堆，也是垃圾回收器主要管理的區(qū)域（方法區(qū)可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集），“幾乎”所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存。

在規(guī)范中，堆可以處于在物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間，只要邏輯上連續(xù)即可，不過對于數(shù)組這種大對象，為了實現(xiàn)簡單和提高性能，大多數(shù)虛擬機實現(xiàn)都會考慮使用連續(xù)的內(nèi)存空間。

在當前主流的虛擬機實現(xiàn)中，堆都可以通過-Xms 和-Xmx 設(shè)置容量，如果堆中的內(nèi)存不足以完成對象的實例分配，且堆無法再擴展時就會拋出 OOM 異常，這也是 OOM 異常最頻發(fā)的一塊區(qū)域。