Java的技術體系包括

• 支持Java程序運行的虛擬機（JVM）
• 提供接口支持的Java API
• Java 編程語言
• 第三方Java框架（如Spring等）

Java與C++之間有一堵由內存動態(tài)分配和垃圾收集技術所圍成的高墻，墻外面的人想進去，墻里面的人想出來。

對于Java開發(fā)者而言，由于 Java虛擬機規(guī)范 提供了一套自動內存管理的機制，使得開發(fā)者無需去關注每一個對象的分配和回收，同時在絕大多數情況下JVM保證了內存泄露和內存溢出的問題不容易出現。但也帶來了新的問題，因為Java開發(fā)者把內存控制的權利交給了JVM，這就導致很多的開發(fā)者不關心Java對象的生命周期和在內存中的分配回收原理，從而寫出了并不能使JVM內存管理機制高效運行的代碼，進而增加了內存泄露和內存溢出的風險，而當這些問題一旦出現，去解決這樣的問題又顯得無從下手。

因此我們需要去了解在Java虛擬機中，是如何定義內存空間的，程序運行過程中，又是如何分配和回收內存空間的。

JVM內存區(qū)域的劃分

Java虛擬機在程序運行時會把它所管理的內存劃分為若干個不同的數據區(qū)域。每個區(qū)域都有不同的用途、創(chuàng)建和銷毀的時間。有的區(qū)域伴隨著虛擬機進程的啟動而存在，有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動和結束來進行創(chuàng)建和銷毀。因此，按照Java虛擬機規(guī)范，java運行時數據區(qū)域可以分為一下幾類

1. 程序計數器
2. Java虛擬機棧
3. 本地方法棧
4. Java堆
5. 方法區(qū)

jvm內存模型.png

程序計數器

流程控制

程序計數器是一塊較小的內存空間，可以看做當前線程所執(zhí)行字節(jié)碼的行號指示器。JVM需要通過該計數器的值來獲取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，因此程序中的分支，循環(huán)，跳轉，異常處理，線程恢復等基礎功能都需要通過程序計數器來完成。在多線程的環(huán)境下，在線程切換后再恢復時需要繼續(xù)回到剛才的位置執(zhí)行，這就需要每條線程都擁有獨立的程序計數器，且各線程之間計數器互不影響，相互獨立，因此程序計數器所在的內存區(qū)域是線程私有的。

另外當正在執(zhí)行的是一個Java方法時，計數器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令地址，如果是一個Native方法，計數器的值為空。此區(qū)域也是Java虛擬機規(guī)范中唯一一個沒有規(guī)定OOM的區(qū)域。

總結如下：

• 用途：標志當前線程執(zhí)行到了哪一條指令
• 生命周期：跟隨線程的創(chuàng)建銷毀同步，因此也是線程私有的
• 特征：唯一一個無OOM的區(qū)域

Java虛擬機棧

虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內存模型：每個方法在執(zhí)行的時候，都會創(chuàng)建一個棧幀，用于存儲局部變量表，操作數棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息。每一個方法從調用到執(zhí)行完成，對應這一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。

局部變量表存放了編譯期間可知的基本數據類型，對象引用和returnAdress類型。其所需的內存空間，在編譯期間完成分配，也就是說，當進入一個方法時，這個方法需要在棧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。

此區(qū)域規(guī)定了兩種異常，StackOverflowError，即線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的棧深度。OutOfMemoryError，虛擬機棧動態(tài)擴展時無法申請到足夠的內存。

總結如下：

• 用途：用于存放方法執(zhí)行過程中的數據
• 生命周期：與線程生命周期同步
• 特征：一般最為關注的區(qū)域是局部變量表，也被通常稱為“棧內存”。大小在編譯期間完全確定

本地方法棧

為虛擬機使用到的Native方法服務。同樣也會拋出StackOverflowError和OutofMemoryError異常

Java堆

Java堆是虛擬機所管理的最大的一塊內存區(qū)域，此區(qū)域唯一目的就是用來存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內存。因此是被所有線程共享的一塊內存區(qū)域，在虛擬機啟動的時候創(chuàng)建。Java虛擬機規(guī)范中的描述是：所有的對象實例以及數組都要在堆上分配。

Java堆也是垃圾回收期管理的主要區(qū)域，因此也被稱為“GC堆”。Java堆從內存回收和內存分配的角度來看又可繼續(xù)細分，但無論如何劃分存儲的都是對象實例，劃分的目的是為了更好地回收和更快地分配。在堆中沒有內存完成實例分配并且堆也無法再進行擴展的時候，會拋出OutOfMemory。

總結：

• 用途：存放對象實例和數組
• 生命周期：與虛擬機啟動而創(chuàng)建，進程結束銷毀
• 特征：最大的一塊內存區(qū)，垃圾回收的主要區(qū)域，開發(fā)重點關注區(qū)域

方法區(qū)

用于存儲已經被虛擬機加載的類信息，常量，靜態(tài)變量，即使編譯器編譯后的代碼等數據。同樣也是各個線程共享的區(qū)域。Java虛擬機規(guī)范對方法區(qū)的限制非常寬松，不需要連續(xù)內存空間，可以選擇固定或者可擴展大小，可以不實現垃圾回收。所以，相對而言，垃圾收集行為在這個區(qū)域是比較少出現的。當方法區(qū)無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError。

總結如下：

• 用途：存放虛擬機加載的類信息，常量，靜態(tài)變量等
• 生命周期：虛擬機啟動時創(chuàng)建
• 特征：垃圾回收行為不太關注

運行時常量池

屬于方法區(qū)的一部分，Class文件有一項信息是常量池，用于存放編譯期間生成的各種字面量和符號引用，這部分將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池中存放。

直接內存

直接內存不是Java虛擬機規(guī)范定義的內存區(qū)域，在JDK1.4中新加入了一種通道與緩沖區(qū)的I/O方式，它可以使用Native函數庫直接分配堆外內存。這樣能在一些場景下顯著提高性能，避免了在Java堆和Native堆中來回復制數據。