JVM 内存结构 _内存

满堂花醉三千客，一剑霜寒十四州。这篇文章主要讲述JVM 内存结构相关的知识，希望能为你提供帮助。

目录

程序计数器（PC 寄存器）
Java 虚拟机栈（Java 栈）
本地方法栈（C 栈）
堆
方法区
直接内存（堆外内存）

Java 虚拟机的内存空间分为 5 个部分：

程序计数器
java 虚拟机栈
本地方法栈
堆
方法区

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JDK 1.8 同 JDK 1.7 比，最大的差别就是：元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类似，都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

程序计数器（PC 寄存器）程序计数器的定义
程序计数器是一块较小的内存空间，是当前线程正在执行的那条字节码指令的地址。若当前线程正在执行的是一个本地方法，那么此时程序计数器为Undefined。
程序计数器的作用

字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制。
在多线程情况下，程序计数器记录的是当前线程执行的位置，从而当线程切换回来时，就知道上次线程执行到哪了。
程序计数器的特点
是一块较小的内存空间。
线程私有，每条线程都有自己的程序计数器。
生命周期：随着线程的创建而创建，随着线程的结束而销毁。
是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域。

Java 虚拟机栈（Java 栈）Java 虚拟机栈的定义
Java 虚拟机栈是描述 Java 方法运行过程的内存模型。
Java 虚拟机栈会为每一个即将运行的 Java 方法创建一块叫做“栈帧”的区域，用于存放该方法运行过程中的一些信息，如：

局部变量表
操作数栈
动态链接
方法出口信息
......

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压栈出栈过程
当方法运行过程中需要创建局部变量时，就将局部变量的值存入栈帧中的局部变量表中。
【JVM 内存结构】Java 虚拟机栈的栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈，也就是当前正在执行的方法，PC 寄存器也会指向这个地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作数栈使用，当在这个栈帧中调用另一个方法，与之对应的栈帧又会被创建，新创建的栈帧压入栈顶，变为当前的活动栈帧。
方法结束后，当前栈帧被移出，栈帧的返回值变成新的活动栈帧中操作数栈的一个操作数。如果没有返回值，那么新的活动栈帧中操作数栈的操作数没有变化。
Java 虚拟机栈的特点

局部变量表随着栈帧的创建而创建，它的大小在编译时确定，创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中，局部变量表的大小不会发生改变。
Java 虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。

StackOverFlowError 若 Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度时，抛出 StackOverFlowError 异常。
OutOfMemoryError 若允许动态扩展，那么当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展时，抛出 OutOfMemoryError 异常。
Java 虚拟机栈也是线程私有，随着线程创建而创建，随着线程的结束而销毁。

本地方法栈（C 栈）本地方法栈的定义
本地方法栈是为 JVM 运行 Native 方法准备的空间，由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的，所以它通常又叫 C 栈。它与 Java 虚拟机栈实现的功能类似，只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。
栈帧变化过程
本地方法被执行时，在本地方法栈也会创建一块栈帧，用于存放该方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。
方法执行结束后，相应的栈帧也会出栈，并释放内存空间。也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。
堆堆的定义
堆是用来存放对象的内存空间，几乎所有的对象都存储在堆中。
堆的特点

线程共享，整个 Java 虚拟机只有一个堆，所有的线程都访问同一个堆。而程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈都是一个线程对应一个。
在虚拟机启动时创建。
是垃圾回收的主要场所。
进一步可分为：新生代（Eden 区：From Survior，To Survivor）、老年代。
不同的区域存放不同生命周期的对象，这样可以根据不同的区域使用不同的垃圾回收算法，更具有针对性。

堆的大小既可以固定也可以扩展，但对于主流的虚拟机，堆的大小是可扩展的，因此当线程请求分配内存，但堆已满，且内存已无法再扩展时，就抛出 OutOfMemoryError 异常。
方法区Java 虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分。方法区存放以下信息：

已经被虚拟机加载的类信息
常量
静态变量
即时编译器编译后的代码
方法区的特点
线程共享。方法区是堆的一个逻辑部分，因此和堆一样，都是线程共享的。整个虚拟机中只有一个方法区。
永久代。方法区中的信息一般需要长期存在，而且它又是堆的逻辑分区，因此用堆的划分方法，把方法区称为“永久代”。
内存回收效率低。方法区中的信息一般需要长期存在，回收一遍之后可能只有少量信息无效。主要回收目标是：对常量池的回收；对类型的卸载。
Java 虚拟机规范对方法区的要求比较宽松。和堆一样，允许固定大小，也允许动态扩展，还允许不实现垃圾回收。
运行时常量池
方法区中存放：类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。常量就存放在运行时常量池中。

当类被 Java 虚拟机加载后， .class 文件中的常量就存放在方法区的运行时常量池中。而且在运行期间，可以向常量池中添加新的常量。如 String 类的 intern() 方法就能在运行期间向常量池中添加字符串常量。
直接内存（堆外内存）直接内存是除 Java 虚拟机之外的内存，但也可能被 Java 使用。
操作直接内存
在 NIO 中引入了一种基于通道和缓冲的 IO 方式。它可以通过调用本地方法直接分配 Java 虚拟机之外的内存，然后通过一个存储在堆中的DirectByteBuffer对象直接操作该内存，而无须先将外部内存中的数据复制到堆中再进行操作，从而提高了数据操作的效率。
直接内存的大小不受 Java 虚拟机控制，但既然是内存，当内存不足时就会抛出 OutOfMemoryError 异常。
直接内存与堆内存比较