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首先看一個Java程序具體的執(zhí)行過程：

如圖所示，首先java源代碼文件（.java后綴）會被java編譯器編譯為字節(jié)碼文件（.class文件），然后由JVM中類加載器（Class Loader）加載各個類的.class文件，加載完成之后，交給執(zhí)行引擎執(zhí)行。在整個執(zhí)行過程中，JVM會用一段空間來存儲程序執(zhí)行期間需要用到的數(shù)據(jù)和相關信息，這段空間一般被稱為運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area）,也就是我們常說的JVM內存。因此，在java中我們常說內存管理就是針對這段空間的管理。

在知道了JVM內存是個什么東西之后，下面我們來看看JVM到底是如何進行劃分的。

一、運行時數(shù)據(jù)區(qū)包括那幾個部分?

根據(jù)《java虛擬機規(guī)范》的規(guī)定，運行時數(shù)據(jù)區(qū)通常包括這幾個部分：程序計數(shù)器（Program Counter Register）、Java棧（VM Stack）、本地方法棧（Native Method Stack）、方法區(qū)（Method Area）、堆（Heap）。如圖所示：

在JVM規(guī)范中雖然規(guī)定了程序在執(zhí)行期間運行時數(shù)據(jù)應該包括這幾個部分，但是至于具體是如何實現(xiàn)并沒有給出明確的規(guī)定，不同的虛擬機廠商可以有不同的實現(xiàn)方式。

二、運行時數(shù)據(jù)區(qū)的每個部分到底存儲了哪些數(shù)據(jù)？

1.程序計數(shù)器

程序計數(shù)器（Program Counter Register），也被稱為PC寄存器。在匯編語言中，程序計數(shù)器是值CPU中的寄存器，它保存的是程序當前執(zhí)行的指令的地址（也可以說保存下一條指令的所在存儲單元的地址），當CPU需要執(zhí)行指令時，需要從程序計數(shù)器中得到當前需要執(zhí)行的指令所在存儲單元的地址，然后根據(jù)得到的地址獲取到指令，在得到指令之后，程序計數(shù)器便自動加1或者轉移指針得到下一條指令的地址，如此循環(huán)，直到所有執(zhí)行都執(zhí)行完。

雖然JVM中的程序計數(shù)器并不像匯編語言中的程序技術器一樣是物理概念上的CPU寄存器，但是JVM中的程序計數(shù)器的功能跟匯編語言中的程序計數(shù)器的功能在邏輯上等同的，也就是說用來指示執(zhí)行哪條指令的。

由于在JVM中，多線程是通過線程輪流切換來獲取CPU執(zhí)行時間的，因此，在任一具體時刻，一個CPU的內核只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了能夠使得每個線程都在線程切換之后能夠恢復在切換之前的程序執(zhí)行位置，每個線程都需要有自己獨立的程序計數(shù)器，并且不能夠互相被干擾，否則就會影響到程序的正常執(zhí)行次序。因此，可以這么說，程序計數(shù)器是每個線程私有的。

在JVM規(guī)范中規(guī)定，如果線程執(zhí)行的是非native方法，則程序計數(shù)器中保存的是當前需要執(zhí)行的指令的地址；如果線程執(zhí)行的是native方法，則程序計數(shù)器中的值是undefined。

由于程序計數(shù)器中存儲的數(shù)據(jù)所占空間的大小不會隨程序的執(zhí)行而發(fā)生改變，因此對于程序計數(shù)器是不會發(fā)生內存溢出現(xiàn)象（OutOfMemory）的。

2.Java棧

Java棧也稱作虛擬機棧，也就是我們常說的棧，跟C語言中的數(shù)據(jù)段中的棧類似。事實上，Java棧是java方法執(zhí)行的內存模型。下面解釋一下為什么這么說的原因。

Java棧中存放的是一個小小的棧幀，每個棧幀對應一個被調用的方法，在棧幀中包括局部變量表、操作數(shù)棧、指向當前方法所屬的類的運行時常量池的引用、方法返回地址和一些額外的附加信息。當線程執(zhí)行一個方法時，就會隨之創(chuàng)建一個對應的棧幀，并將對應的棧幀壓棧。當方法執(zhí)行完畢后，便會將棧幀出棧。因此可知，線程當前執(zhí)行的方法所對應棧幀必定位于Java棧的頂部。這也是為什么在使用遞歸的時候容易導致棧內存溢出的原因以及為什么棧區(qū)的空間不用程序員去管理了，這部分空間的分配和釋放都是由系統(tǒng)自動實施的。對于所有的程序設計語言來說，棧這部分空間對程序員來說是不透明的。

局部變量表，是用來存儲方法中的局部變量（包括在方法中聲明的非靜態(tài)變量以及函數(shù)形參）。對于基本數(shù)據(jù)類型的變量，則直接存儲它的值，對于引用類型的變量，則存的是指向對象的引用。局部變量表的大小在編譯期就可以確定其大小了，因此在程序執(zhí)行期間，局部變量表的大小是不會改變的。

操作數(shù)棧，棧最典型的一個應用就是用來對表達式求值。在一個線程執(zhí)行的方法中，實際上就是不斷執(zhí)行語句的過程，而歸根結底就是進行計算的過程。因此可以這么說，程序中所有計算過程都是借助于操作數(shù)棧來完成的。

指向運行時常量池的引用，因為在方法執(zhí)行的過程中有可能用到類中的常量，所以必須有一個引用指向運行時常量。

方法返回地址，當一個方法執(zhí)行完畢之后，要返回之前調用它的地方，因此在棧幀中必須保存一個方法返回地址。

由于每個線程正在執(zhí)行的方法可能不同，因此每個線程都會有一個自己的Java棧，互不干擾。

3.本地方法棧

本地方法棧和Java棧的作用和原理非常相似。區(qū)別只不過是Java棧是為執(zhí)行java方法服務的，而本地方法棧是為執(zhí)行本地方法（Native Method）服務的。在JVM規(guī)范中，并沒有本地方法棧的具體實現(xiàn)方法以及數(shù)據(jù)結構做強制規(guī)定，虛擬機可以自由實現(xiàn)它。在HotSpot虛擬機中直接就把本地方法棧和Java棧合二為一。

4.堆

在C語言中，堆這部分空間是唯一一個程序員可以管理的內存區(qū)域。程序員可以通過malloc函數(shù)和free函數(shù)在堆上申請和釋放空間。那么在Java中是怎么樣的呢？

Java中的堆是用來存儲對象本身以及數(shù)組的。在Java中，程序員基本上不用去關心空間釋放的問題，Java的垃圾回收機制會自動進行處理。因此這部分空間也是java垃圾收集器管理的主要區(qū)域。另外，堆是被所有線程共享的，在一個JVM中只有一個堆。

5.方法區(qū)

方法區(qū)與堆一樣，是被線程共享的區(qū)域。在方法區(qū)，存儲了每個類的信息（包括類的名稱、方法信息、字段信息）、靜態(tài)變量、常量以及編譯器編譯后代碼等。

在Class文件中，除了類的字段，方法，接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用來存儲編譯期間生成的字面量和符號引用。

在方法區(qū)中有一個非常重要的常量就是運行時常量池，它是每一個類或接口的常量池的運行時表示形式。在類或者接口被加載到JVM后，對應的運行時常量池就會被創(chuàng)建出來。當然并非Class文件常量池中的內容才能進入運行時常量池，在運行期間也可將新的常量放入運行時常量池中，比如String的intern方法。

在JVM規(guī)范中，并沒有強制要求方法區(qū)必須實現(xiàn)垃圾回收。很多人習慣將方法區(qū)稱之為“永久代”，是因為HotSpot虛擬機以永久代來實現(xiàn)方法區(qū)，從而JVM的垃圾收集器可以像管理堆區(qū)一樣管理這部分區(qū)域，從而不需要專門為這部分設計垃圾回收機制。