JVM虚拟机体系结构

 

 方法区和堆由所有线程共享，其他区域都是线程私有的

 

1程序计数器

为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存,这在某种程度上有点类似于“ThreadLocal”，是线程安全的。

如果正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指定的地址；

如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

 

2虚拟机栈

虚拟机栈也是线程私有的，每创建一个线程，虚拟机就会为这个线程创建一个虚拟机栈，虚拟机栈表示Java方法执行的内存模型，每调用一个方法，就会生成一个栈帧（Stack Frame）用于存储方法的本地变量表、操作栈、方法出口等信息，当这个方法执行完后，就会弹出相应的栈帧。

每一个方法被调用直到执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

如果请求的栈的深度过大，虚拟机可能会抛出StackOverflowError异常，如果虚拟机的实现中允许虚拟机栈动态扩展，当内存不足以扩展栈的时候，会抛出OutOfMemoryError异常。

栈帧

栈帧分为三部分：局部变量区（Local Variables）、操作数栈（Operand Stack）和帧数据区（Frame Data）。

局部变量区（Loca Variables）

局部变量区存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。

1）基本数据类型：（int、char、byte、long、boolean、short、float、double）

2）对象引用：（reference类型，它不等同于对象本身，根据不同虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）

3）returnAddress类型：指向了一条字节码指令的地址。

 

 

操作数栈（Operand Stack）

操作数栈也被组织为一个字数组，但不同于局部变量区，它不是通过数组下标访问的，而是通过栈的Push和Pop操作，前一个操作Push进的数据可以被下一个操作Pop出来使用。

 

帧数据区（Frame Data）

这部分的作用主要有三部分：

1.     常量池中数据的解析；（动态链接，是指如果方法里面有接口的实现，这个时候就会动态查找具体的实现类）

2.     方法执行完后处理方法返回，恢复调用方现场 ；

3.     方法执行过程中抛出异常时的异常处理，存储有一个异常表，当出现异常时虚拟机查找相应的异常表看是否有对应的Catch语句，如果没有就抛出异常终止这个方法调用。

 

 

3本地方法栈

与虚拟机栈类似，只是是执行本地Native方法时使用。

有的虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。本地方法也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常

 

4JVM堆

Java 堆也是属于线程共享的内存区域，它在虚拟机启动时创建，是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。用于存放对象与数组实例的地方，垃圾回收的主要区域就是这里（还可能有方法区）。

此区域唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例和数组都在这里分配内存。

如果垃圾收集算法采用按代收集（目前大都是这样），这部分还可以细分为新生代和老年代。

新生代又可能分为Eden区，From Survivor区和To Survivor区，主要是为了垃圾回收。所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。

Java堆只要求逻辑上是连续的，在物理空间上可以不连续。

           Java堆是按照可扩展来实现的（通过-Xmx、-Xms控制）

           如果没有内存来完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常

 

5方法区

     方法区属于线程共享的内存区域，又称Non-Heap（非堆），主要用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，根据Java 虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。值得注意的是在方法区中存在一个叫运行时常量池(Runtime Constant Pool）的区域，它主要用于存放编译器生成的各种字变量和符号引用，这些内容将在类加载后存放到运行时常量池中，以便后续使用。

常说的“永久代”就在方法区。