JVM內(nèi)存模型詳解
1.基本概念
JVM實際上是運行在一個具體操作系統(tǒng)上的程序進(jìn)程，對Java代碼而言，JVM就是操作系統(tǒng)的代理。
如圖所示是JVM的內(nèi)存模型及數(shù)據(jù)交互。JVM的內(nèi)存模型依然是基于操作系統(tǒng)進(jìn)程空間的，不過是自己設(shè)計了一套內(nèi)存管理體系以支撐上層的Java代碼。
JVM的運行時內(nèi)存可以簡單的分為線程私有和公共內(nèi)存，線程私有部分包含程序計數(shù)器、Java棧、native方法棧。全局公共部分包含方法區(qū)、堆空間。
2.程序計數(shù)器
不止是JVM，操作系統(tǒng)本身就有程序計數(shù)器的概念，可以把JVM的程序計數(shù)器看做是對操作系統(tǒng)本身程序計數(shù)器的一種抽象。
程序計數(shù)器會記錄當(dāng)前線程下一條字節(jié)碼的位置。當(dāng)線程被掛起然后被恢復(fù)的時候，會根據(jù)程序計數(shù)器恢復(fù)線程的執(zhí)行邏輯。特別的，如果該線程正在執(zhí)行一個native方法，那么此時線程寄存器的值為”undefined”。
3.Java方法棧
Java棧也是線程私有的。每個方法在執(zhí)行的時候都會同時生成一個棧幀，用于存儲局部變量、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。方法執(zhí)行從開始到結(jié)束的過程，對應(yīng)了棧幀在虛擬機Java棧中從入棧到出棧的過程。
局部變量表中存儲了基本類型及引用類型(即對象的指針)，其中64位長度的long和double類型的數(shù)據(jù)會占用2個局部變量空間（Slot），其余的數(shù)據(jù)類型只占用1個。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。
4.native方法棧
native方法棧與Java方法棧類似，不過native方法棧是為虛擬機使用到的native方法服務(wù)的。
Java虛擬機規(guī)范對于這塊沒有強制規(guī)定，因此Sun HotSpot甚至直接就把native方法棧和Java方法棧合二為一。
5.Java堆
Java堆(Java Heap）是Java虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存。這一點在Java虛擬機規(guī)范中的描述是：所有的對象實例以及數(shù)組都要在堆上分配。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱做“GC堆”。關(guān)于Java堆的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，也需要和GC機制一起來講才能比較清楚的理解，此處先跳過。
通過虛擬機啟動參數(shù)，我們可以控制Java堆的最大內(nèi)存占用，如果超過最大內(nèi)存，會觸發(fā)OutOfMemory異常，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)存申請失敗。如果出現(xiàn)這種異常，就要考慮是參數(shù)設(shè)置太小還是存在堆內(nèi)存泄露。
6.方法區(qū)
方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。雖然Java虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來。
對于習(xí)慣在HotSpot虛擬機上開發(fā)、部署程序的開發(fā)者來說，很多人都更愿意把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation），本質(zhì)上兩者并不等價，僅僅是因為HotSpot虛擬機的設(shè)計團(tuán)隊選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已，這樣HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一樣去管理這部分內(nèi)存。
但是使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)，并不是一個好主意，因為這樣更加容易遇到內(nèi)存溢出問題，永久代的內(nèi)存分配一般比較小且固定，但是當(dāng)碰到String.intern這種運行時占用永久代內(nèi)存空間的方法的時候，很容易導(dǎo)致永久代內(nèi)存不夠用。因此在jdk1.7中，已經(jīng)把放在永久代中的字符串常量池移入到堆內(nèi)存當(dāng)中了。
7.運行時常量池
運行時常量池是方法區(qū)的一部分，存放了class文件在編譯期生成的各種字面量和符號引用。這部分內(nèi)容在類加載的時候放入運行時常量池中。
運行時常量池是動態(tài)變化的，不止存儲了class文件在編譯期生成的各種字面量，運行期間也可能放入新的常量，比如String類的intern方法。
8.直接內(nèi)存
直接內(nèi)存并不是虛擬機運行時區(qū)域的一部分，也不是Java虛擬機規(guī)范定義的內(nèi)存區(qū)域。JDK 1.4中新加入的NIO類，引入了一種基于通道和緩沖區(qū)的I/O方式，它可以使用native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣做是為了能在一些場景中顯著提高性能，因為避免了Java堆和native堆來回復(fù)制數(shù)據(jù)。
本機直接內(nèi)存的分配不受到Java堆的大小限制，但會受到物理內(nèi)存和操作系統(tǒng)的限制。
