執行時資料區域

jdk1.7中， Java虛擬機器在執行Java程式的過程中會把它所管理的記憶體劃分為若干個不同的資料區域。

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，它可以看做是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。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。

• 2. 位元組碼指令、分支、迴圈、跳轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都要依賴這個計數器來完成。

• 3. 每條執行緒都有一個獨立的程式計數器，各條執行緒之間計數器互不影響，獨立儲存。如上圖所示，我們稱這類記憶體區域為 : 執行緒私有記憶體。

• 4. 如果執行緒正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機器位元組碼指令的地址；如果正在執行的是Native方法，這個計數器值則為空（Undefined）。

• 5. 此記憶體區域是唯一一個在Java虛擬機器中沒有規範任何OutOfMemoryError情況的區域。

Java虛擬機器棧

• 1. Java虛擬機器棧也是執行緒私有的，它的生命週期與執行緒相同（隨執行緒而生，隨執行緒而滅）

• 2. 如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，將丟擲StackOverflowError異常；如果虛擬機器棧可以動態擴充套件，如果擴充套件時無法申請到足夠的記憶體，就會丟擲OutOfMemoryError

  異常；（當前大部分JVM都可以動態擴充套件，只不過JVM規範也允許固定長度的虛擬機器棧）

• 3. Java虛擬機器棧描述的是Java方法執行的記憶體模型：每個方法執行的同時會建立一個棧幀。 對於我們來說，主要關注的stack棧記憶體，就是虛擬機器棧中區域性變量表部分。

棧幀

棧幀是用於支援虛擬機器進行方法呼叫和方法執行的資料結構，它是虛擬機器執行時資料區中的虛擬機器棧的棧元素。棧幀用於儲存區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法返回等資訊。 每個方法從呼叫直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機器棧中入棧到出棧的過程。
在活動執行緒中，只有位於棧頂的棧幀才是有效的，稱為當前棧幀，與這個棧幀相關聯的方法稱為當前方法

我們稍微瞭解一下區域性變量表，後面會專門分析棧結構。
區域性變量表存放了編譯期可知的各種基本資料型別(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)「String是引用型別」，物件引用(reference型別)和returnAddress型別（它指向了一條位元組碼指令的地址）


「小知識」網上的很多資料都稱 ： 基本資料和物件引用儲存在棧中。
當然這種說法雖然是正確的，但是很不嚴謹，只能說這種說法針對的是區域性變數。區域性變數儲存在區域性變量表中，隨著執行緒而生，執行緒而滅。並且執行緒間資料不共享。
但是，如果是成員變數，或者定義在方法外物件的引用，它們儲存在堆中。因為在堆中，是執行緒共享資料的，並且棧幀裡的命名就已經清楚的劃分了界限 : 區域性變量表！

本地方法棧

• 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，它們之間的區別不過是虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法服務（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧為虛擬機器使用到的Native方法服務。

• Java虛擬機器規範對本地方法棧使用的語言、使用方法與資料結構並沒有強制規定，因此可以由虛擬機器自由實現。例如：HotSpot虛擬機器直接將本地方法棧和虛擬機器棧合二為一。

• 同虛擬機器棧相同，Java虛擬機器規範對這個區域也規定了兩種異常情況StackOverflowError 和 OutOfMemoryError異常。

堆

• 1. Java堆是被所有執行緒共享的一塊記憶體區域，在虛擬機器啟動時建立，是虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊。此記憶體區域的唯一目的就是【存放物件例項和陣列】，幾乎所有的物件例項和陣列都在這裡分配記憶體。

• 2. Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，也稱為GC 垃圾堆。後面會專門分析GC演算法。
  從記憶體回收的角度看，由於現在收集器基本都採用分代收集演算法，所以Java堆可以細分為：新生代、老生代；
  從記憶體分配的角度看，執行緒共享的Java堆可能劃分出多個執行緒私有的分配緩衝區（TLAB）；
  不論如何劃分，都與存放的內容無關，無論哪個區域，儲存的仍然是物件例項和陣列。

• 3. 如果在堆中沒有記憶體完成例項分配，並且堆上也無法再擴充套件時，將會丟擲OutOfMemoryError異常。

• 4. 記憶體洩露和記憶體溢位
  記憶體洩露 ： 指程式中動態分配記憶體給一些臨時物件，但是物件不會被GC所回收，它始終佔用記憶體。即被分配的物件可達但已無用，可用記憶體越來越少。
  記憶體溢位 ： 指程式執行過程中無法申請到足夠的記憶體而導致的一種錯誤。記憶體溢位通常發生於老年代或永久代垃圾回收後，仍然無記憶體空間容納新的Java物件的情況。
  記憶體洩露是記憶體溢位的一種誘因，不是唯一因素。

方法區

• 1. 方法區又被稱為靜態區，是程式中永遠唯一的元素儲存區域。和堆一樣，是各個執行緒共享的記憶體區域。它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. Java虛擬機器規範對方法區的限制非常寬鬆，除了和Java堆一樣 不需要連續的記憶體和可以選擇固定大小或者可擴充套件之外，還可以選擇不實現垃圾回收。
  這區域的記憶體回收目標主要是針對常量池的回收和型別的解除安裝，一般而言，這個區域的記憶體回收比較難以令人滿意，尤其是型別的回收，條件相當苛刻，但是這部分割槽域的記憶體回收確實是必要的。

• 3. 很多開發者更願意把方法區稱為“永久代”(Perm Gen)(Permanent Generation)「總是存放不會輕易改變的內容」。在目前已經發布的JDK 1.7 的HotSpot中，已經把原本放在永久代的字串常量池移至堆中。

• 4. 執行時常量池(Runtime Constant Pool)是方法區的一部分。

JDK 1.8 中，已經沒有方法區(永久代)，而是將方法區直接放在一個與堆不相連的本地記憶體區域(Native Memory)，這個區域被叫做元空間。

執行時常量池

1. Class檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊是常量池(Constant Pool Table)，用於存放編譯期生成的字面量和符號引用，這部分內容（也可以稱為 .Class檔案中的靜態常量池）將在類載入後進入方法區的執行時常量池中存放。

• 字面量 ： 比較接近Java語言層面的常量概念，如文字字串、宣告為final的常量值等。（final修飾的成員變數和類變數！「類變數即靜態(成員)變數)」，也就是除final修飾的區域性變數。

• 符號引用 ： 屬於編譯原理方面的概念，包括
  1.類和介面的全限定名(即路徑，包名+類名)。
  2.欄位的名稱和描述符。
  3.方法的名稱和描述符。
  當虛擬機器執行時，需要從常量池獲得對應的符號引號，再在類建立或執行時解析、翻譯到具體的記憶體地址之中（直接引用）。

2. 除了儲存Class檔案中描述的符號引用外，還會把編譯出來的直接引用也儲存在執行時常量池中。

3. Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能生成，也就是並非置入Class檔案中常量池的內容才能進入方法區執行時常量池，執行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用得比較多的便是String 類的intern()方法。(後面會分析String類。)

4. 當常量池無法再申請到記憶體時也會丟擲OutofMemoryError異常。

拓展

成員變數與區域性變數

• 成員變數 : 方法外部，類內部定義的變數；

• 區域性變數 : 方法或語句塊內部定義的變數，必須初始化。

形參是區域性變數，實參則可能是方法中的區域性變數或全域性變數。
棧記憶體中的區域性變數隨方法而生，隨方法而滅。
成員變數儲存在堆中的物件裡，由垃圾收集器回收。