本部落格參考《深入理解Java虛擬機器》（第二版）一書，提取重點知識，再加以個人的理解編寫而成。轉載請標明來源。

JVM劃重點 第二章 Java記憶體區域與記憶體溢位異常 之 執行時資料區域

• 概述
• 執行時資料區域
• 程式計數器
• Java虛擬機器棧
• 本地方法棧
• Java堆
• 方法區
• 執行時常量池
• 直接記憶體

概述

在虛擬機器自動記憶體管理機制的幫助下，不需要為new操作去寫配對的delete/free程式碼。但正因為把記憶體控制的權力交給了虛擬機器，一旦出現記憶體洩漏或溢位問題，如果不瞭解虛擬機器如何管理記憶體，將很難定位解決問題。

執行時資料區域

JVM在執行Java程式時將管理的記憶體劃分為若干不同的資料區域，各有各的建立、銷燬時間，以及各自的用途。有的隨虛擬機器程序的啟動而存在，有的因使用者執行緒的啟動和結束而建立和銷燬。

程式計數器

1. 程式計數器（Program Counter Register）是一塊較小的記憶體空間，可看作是當前執行緒所執行的位元組碼指示器。在虛擬機器的概念模型裡，位元組碼直譯器工作時就是通過改變這個計數器的值，來選取下一條需要執行的位元組碼指令。分支，迴圈，跳轉，異常處理，執行緒恢復等基本功能都需要依賴這個計數器完成。
2. Java虛擬機器的多執行緒是通過執行緒輪流切換並分配處理器執行時間的方式實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對於多核處理器來說是一個核心）都只會執行一條執行緒中的指令，因此，為了使執行緒切換後能準確定位到執行位置，每條執行緒都需要一個獨立的程式計數器，各執行緒間的程式計數器互不影響，獨立儲存。稱這類記憶體區域為“執行緒私有的記憶體”。
3. 如果執行緒正在執行一個Java方法，這個計數器記錄了正在執行的虛擬機器位元組碼指令的地址，如果執行本地方法，則計數器的值為空（Undefined）。
4. 此記憶體區域是唯一一個在Java虛擬機器規範中沒有OutOfMemoryError情況的區域。
5. 理解程式計數器可參考本連結

Java虛擬機器棧

1. Java虛擬機器棧也是執行緒私有的，宣告週期與執行緒相同。
2. 描述了Java方法執行的記憶體模型：每個方法在執行的同時都會建立一個棧幀（Stack Frame）用於儲存區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口等資訊。每一個方法從呼叫直至執行完成，對應一個棧幀在虛擬機器棧從入棧到出棧的過程。
3. 通常有人粗糙地把Java記憶體區分為堆記憶體（Heap）和棧記憶體（Stack），這裡的棧記憶體其實就是現在講的虛擬機器棧（或者說虛擬機器棧中的區域性變量表）。
4. 區域性變量表存放了編譯期可知的各種基本資料型別（byte、boolean、char、short、int、float、long、double）、物件引用（reference型別）和returnAddress型別（指向一條位元組碼指令的地址）。long和double型別的資料佔用2個區域性變數空間（Slot），其餘資料型別佔用1個。區域性變量表所需的記憶體空間在編譯期間完成分配，方法執行期間不會改變區域性變量表的大小。
5. 對虛擬機器棧規定了兩種異常：

• 執行緒請求的棧深度大於虛擬機器棧所允許的深度，丟擲StackOverflowError異常。
• 如果虛擬機器棧可以動態擴充套件（當前基本都可以擴充套件，只不過同時也允許固定長度的虛擬機器棧），且擴充套件時無法申請到足夠的記憶體，丟擲OutOfMemoryError異常。
  

本地方法棧

1. 本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機器棧所發揮的作用是非常相似的，區別是虛擬機器棧為執行Java方法服務，而本地方法棧為執行本地方法服務。
2. 虛擬機器規範中對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式和資料結構沒有硬性規定，具體的虛擬機器可自由地實現，甚至有的虛擬機器將本地方法棧與虛擬機器棧合二為一。
3. 本地方法棧區域丟擲StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

Java堆

1. 一般來說，Java堆是Java虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊。所有執行緒共享這塊記憶體區域，在虛擬機器啟動時建立。
2. 該區域唯一目的就是存放物件例項，幾乎所有物件例項在這裡分配記憶體。
3. Java堆是垃圾收集器管理的主要區域。因垃圾收集器一般採用分代收集演算法，所以Java堆可以分為新生代和老年代。更可細分為Eden空間，From Suvivor空間，To Survivor空間等。
4. 根據Java虛擬機器規範，Java堆可以處於物理上不連續的記憶體空間，只要邏輯上連續即可。
5. Java堆得大小可以固定，也可以擴充套件（一般來說都可擴充套件，通過 -Xmx和-Xms控制）
6. 如果堆中沒有記憶體完成例項分配，且堆無法再擴充套件時，丟擲OutOfMemoryError異常。
7. 希望下圖給你帶來啟發：
   

方法區

1. 方法區（Method Area）是個執行緒共享的記憶體區域。用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料。
2. 有些人願意把方法區稱為“永久代”（把方法區理解為Java堆中“幾乎永久”的記憶體區），但本質上兩者並不等價。之所以這樣理解是因為HotSpot虛擬機器的設計團隊將GC分代收集擴充套件至方法區。
3. 不需要連續的實體記憶體，邏輯上連續即可。
4. 可以選擇固定大小，也可以擴充套件。
5. 可以選擇不實現垃圾收集。
6. 這個區域的記憶體回收目標主要是對常量池的回收和對型別的解除安裝。
7. 當方法區無法滿足記憶體分配需求時，丟擲OutOfMemoryError異常。

執行時常量池

1. 執行時常量池（Runtime Constant pool）是方法區的一部分。
2. Class檔案中有一項資訊是常量池（Constant Pool Table），存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類載入後進入方法區的執行時常量池中存放。
3. 執行時常量池相對於Class檔案常量池的另外一個重要特質是具有動態性。Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，執行期間也可將新的常量放入池中，如String類的intern()方法。
4. 執行時常量池是方法區的一部分，當無法申請到記憶體時丟擲OutOfMemoryError異常。

直接記憶體

1. 直接記憶體（Direct Memory）並不是虛擬機器執行時資料區的一部分，也不是Java虛擬機器規範中定義的記憶體區域。
2. 在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)類，引入了基於通道（Channel）與緩衝區（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函式庫直接分配堆外記憶體，然後通過一個儲存在Java堆中的DirectByteBuffer物件對這塊記憶體進行操作（提高效能，避免Java堆和Native堆中來回複製資料）。
3. 本機直接記憶體大小不受Java堆大小限制，但受本機總記憶體大小以及處理器定址空間限制，從而導致動態擴充套件時丟擲OutOfMemoryError異常限制。