Java内存区域（虚拟机栈，直接内存）

Java内存区域

一、程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行字节码的指示器。字节码解释器通过改变这个计数器的值来选取下一条要执行的字节码指令。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能都依赖于这个计数器。由于Java虚拟机的多线程通过线程轮流切换和分配处理器执行时间来实现，在任何确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了在线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程之间的计数器互不影响，独立存储，这类内存区域称为“线程私有”内存。如果线程正在执行一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的字节码指令的地址；如果正在执行Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

二、Java虚拟机栈

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，其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：每个方法在执行时都会创建一个栈帧（Stack Frame），用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用到执行完成的过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈过程。

局部变量表

局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

可能的异常

在Java虚拟机规范中，这个区域有两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分Java虚拟机都可动态扩展，但Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），若扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

三、本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈的作用非常相似，区别在于虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（即字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

四、Java堆

Java堆（Java Heap）是Java虚拟机管理的内存中最大的一块，是所有线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建。所有的对象实例及数组都在堆上分配。

可能的异常

如果堆中没有内存完成实例分配，且堆也无法再扩展时，将抛出OutOfMemoryError异常。

五、方法区

方法区（Method Area）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、即时编译器编译后的代码等数据。对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来说，很多人更愿意将方法区称为“永久代”（Permanent Generation）。本质上两者并不等价，使用永久代实现方法区并不是一个好主意，因为这样更容易遇到内存溢出问题（永久代有-XX:MaxPermSize的上限），且少数方法（例如String.intern()）会因此在不同虚拟机下表现不同。现在有放弃永久代并逐步改为采用Native Memory实现方法区的趋势。

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有常量池（Constant Pool Table），用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

六、直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分内存被频繁使用，也可能导致OutOfMemoryError异常，因此一起讲解。

可能的异常

本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或分页文件）大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数，但经常忽略直接内存，使得各内存区域总和大于物理内存限制（包括物理和操作系统级限制），从而在动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。