Java源代碼文件(.java)會(huì)被Java編譯器編譯為字節(jié)碼文件(.class)，然后由JVM中的類(lèi)加載器加載各個(gè)類(lèi)的字節(jié)碼文件，加載完畢之后，交由JVM執(zhí)行引擎執(zhí)行。JVM在執(zhí)行Java程序的過(guò)程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。JVM會(huì)用一段空間來(lái)存儲(chǔ)程序執(zhí)行期間需要用到的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，這段空間一般被稱(chēng)作為Runtime Data Area（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)），也就是我們常說(shuō)的JVM內(nèi)存。

我們可以把上圖的“運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)”分為線程私有和共享數(shù)據(jù)區(qū)兩大類(lèi)。其中線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)包含程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法區(qū)，所有線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)包含Java堆、方法區(qū)，在方法區(qū)內(nèi)有一個(gè)常量池。

線程私有

1.程序計(jì)數(shù)器：記錄正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼的地址

由于Java 虛擬機(jī)的多線程是通過(guò)線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在任何一個(gè)確定的時(shí)刻，一個(gè)處理器（對(duì)于多核處理器來(lái)說(shuō)是一個(gè)內(nèi)核）只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各條線程之間的計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)。線程私有的。如果正在執(zhí)行的是Natvie 方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器值則空。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在Java 虛擬機(jī)規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

2.虛擬機(jī)棧：描述的是Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型

它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）, 棧幀是用于支持虛擬機(jī)進(jìn)行方法調(diào)用和方法執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過(guò)程。

在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對(duì)這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)?？梢詣?dòng)態(tài)擴(kuò)展（當(dāng)前大部分的Java虛擬機(jī)都可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，只不過(guò)Java虛擬機(jī)規(guī)范中也允許固定長(zhǎng)度的虛擬機(jī)棧），如果擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，就會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

• 局部變量表
  局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對(duì)象引用（reference類(lèi)型，它不等同于對(duì)象本身，可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?，也可能是指向一個(gè)代表對(duì)象的句柄或其他與此對(duì)象相關(guān)的位置）和returnAddress類(lèi)型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。

  其中64位長(zhǎng)度的long和double類(lèi)型的數(shù)據(jù)會(huì)占用2個(gè)局部變量空間（Slot），其余的數(shù)據(jù)類(lèi)型只占用1個(gè)。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(gè)方法時(shí)，這個(gè)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(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小。

• 操作數(shù)棧
  Java虛擬機(jī)的解釋執(zhí)行引擎被稱(chēng)為"基于棧的執(zhí)行引擎"，其中所指的棧就是指－操作數(shù)棧。

  和局部變量區(qū)一樣，操作數(shù)棧也是被組織成一個(gè)以字長(zhǎng)為單位的數(shù)組。但是和前者不同的是，它不是通過(guò)索引來(lái)訪問(wèn)，而是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的棧操作—壓棧和出?！獊?lái)訪問(wèn)的。比如，如果某個(gè)指令把一個(gè)值壓入到操作數(shù)棧中，稍后另一個(gè)指令就可以彈出這個(gè)值來(lái)使用。

  虛擬機(jī)把操作數(shù)棧作為它的工作區(qū)——大多數(shù)指令都要從這里彈出數(shù)據(jù),執(zhí)行運(yùn)算,然后把結(jié)果壓回操作數(shù)棧

• 動(dòng)態(tài)鏈接
  Class文件中的常量持中存有大量的符號(hào)引用。字節(jié)碼中的方法調(diào)用指令就以常量池中指向方法的符號(hào)引用作為參數(shù)。這些符號(hào)引用一部分在類(lèi)的加載階段（解析）或第一次使用的時(shí)候就轉(zhuǎn)化為了直接引用（指向數(shù)據(jù)所存地址的指針或句柄等），這種轉(zhuǎn)化稱(chēng)為靜態(tài)鏈接。而相反的，另一部分在運(yùn)行期間轉(zhuǎn)化為直接引用，就稱(chēng)為動(dòng)態(tài)鏈接。

3.本地方法棧：為虛擬機(jī)使用到的Native方法提供內(nèi)存空間

在虛擬機(jī)規(guī)范中對(duì)本地方法棧中方法使用的語(yǔ)言、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定，因此具體的虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)它。甚至有的虛擬機(jī)（譬如Sun HotSpot虛擬機(jī)）直接就把本地方法棧和虛擬機(jī)棧合二為一。與虛擬機(jī)棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

線程公有

1.堆：存放對(duì)象實(shí)例

堆是Java 虛擬機(jī)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(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。在Java虛擬機(jī)規(guī)范中的描述是：所有的對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配，但是隨著JIT 編譯器的發(fā)展與逃逸分析技術(shù)的逐漸成熟，棧上分配、標(biāo)量替換優(yōu)化技術(shù)將會(huì)導(dǎo)致一些微妙的變化發(fā)生，所有的對(duì)象都分配在堆上也漸漸變得不是那么“絕對(duì)”了。堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域。

根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤(pán)空間一樣。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，不過(guò)當(dāng)前主流的虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的（通過(guò)-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

2.方法區(qū)：用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)

Java虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)方法區(qū)的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集。相對(duì)而言，垃圾收集行為在這個(gè)區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就“永久”存在了。這區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類(lèi)型的卸載，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)區(qū)域的回收“成績(jī)”比較難以令人滿(mǎn)意，尤其是類(lèi)型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)域的回收確實(shí)是必要的。

運(yùn)行時(shí)常量池：用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用

運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分。Class文件中除了有類(lèi)的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在類(lèi)加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放。

運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于Class文件常量池的另外一個(gè)重要特征是具備動(dòng)態(tài)性，Java語(yǔ)言并不要求常量一定只有編譯期才能產(chǎn)生，也就是并非預(yù)置入Class文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開(kāi)發(fā)人員利用得比較多的便是String類(lèi)的intern（）方法。

運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，自然受到方法區(qū)內(nèi)存的限制，當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

直接內(nèi)存

直接內(nèi)存（Direct Memory）并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域。但是這部分內(nèi)存也被頻繁地使用，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)

在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類(lèi)，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過(guò)一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣能在一些場(chǎng)景中顯著提高性能，因?yàn)楸苊饬嗽贘ava堆和Native堆中來(lái)回復(fù)制數(shù)據(jù)。

直接內(nèi)存的分配不會(huì)受到Java堆大小的限制，但是，既然是內(nèi)存，肯定還是會(huì)受到本機(jī)總內(nèi)存（包括RAM以及SWAP區(qū)或者分頁(yè)文件）大小以及處理器尋址空間的限制。