Java内存区域详解

对于C/C++开发人员，在内存管理方面，他们拥有绝对权力，既认拥有每一个对象的所有权，又担负着每一个对象生命开始到结束的维护责任。

而对于java开发人员，在JVM自动内存管理机制帮助下，不再需要为每一个new操作去写对应的delete/free代码，而且还不容易出来内存泄漏和溢出问题，看起来一切很美好，但因为把内存管理的权限交给了JVM,一旦出现了内存泄漏或溢出，如果不了解JVM是怎么使用内存的，那排查错误将会是开发人员的恶梦。

今天我们将从概念上介绍JVM内存的各个区域，讲讲这些区域的作用、服务对象以及可能产生的问题。

运行时数据区域

JVM在Java程序执行过程中会把它所管理的内存划分为若干不同数据区域，这些区域有各自用途，以及创建销毁时间，有的区域随JVM进程的启动而存在，有些则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程执行字节码的行号指示器，字节码解释器通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

在任何一个时刻，一个处理器(多核处理器是一个内核)只会执行一条线程中的指令，因此，为了线程切换后能恢复到正确执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程间计数器互不影响，独立存储，因此称其是线程私有的内存区域。

此区域是JVM规范中唯一没有规定任何OutOfMemoryError的区域。

JVM虚拟机栈

与程序计数器一样，JVM虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。在程序中，每个方法被执行时都会在虚拟机栈中创建一个栈桢用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行结束，就对应着一个栈桢在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。经常有人把Java内存分为栈和堆，这种分法比较粗糙，实际远比这复杂，之所以这么分只能说明这两部分是大部分程序员最关心的区域，其中所指的栈就是现在所讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈的的局部变量表部分。

局部变量表存放了编译期间可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用和returnAddress类型(指向一条字节码指令的位置)。其中64位长度的long和double类型数据会占用2个局部变量空间，其余占用1个。局部变量表所需内存空间在编译期间完成分配 ，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表大小。

在JVM规范中，这一区域规定了两种异常状况：如果线程请求栈深度大于JVM所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果JVM栈可以动态扩展（大部分JVM都可动态扩展），当扩展时无法申请足够内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈作用非常相似，区别是虚拟机栈为JVM执行Java方法服务，而本地方法栈为JVM使用到的Native方法服务。本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

大多数应用，堆是JVM所管理的内存中最大的一块，它被所有线程共享，在虚拟机启动时创建，此区域唯一的目的就是存放实例对象，几乎所有实例对象都在这里分配内存。

堆也是垃圾收集器管理的主要区域。如果从内存回收角度看，由于现在收集器都是采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为新生代和老年代；再细点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。不管怎么分，都与存放内容无关，无论哪个区域存储对象都是对象实例，细分的目的是为了更好的回收内存或者更快的分配内存。

堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑连续即可，就像我们的磁盘空间一样。堆空间可以是固定的也可以是扩展的，主流虚拟机都是可扩展的(通过 -Xmx 和 -Xms控制)。如果堆中没有内存完成实例分配，并且也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区与堆一样，是内存共享区域、不需要连续的内存、可以固定大小或者可扩展，它用于存储已被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

方法区还可以选择不进行垃圾回收，相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非永久存在了，这个区域的内存回收主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

当方法区无法满足内存分配需求时会招聘OutOfMemoryError异常。

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、接口等信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区中的运行时常量池中。

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然也会受到方法区内存限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

以上分析基于JDK1.6，水平有限，如果有错误的地方，希望后台留言，多多指正，共同学习。

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