《深入理解Java虚拟机》读书笔记（一）

运行时数据区域

Java虚拟机运行时数据区.png

程序计数器

程序计数器为线程私有；在虚拟机的概念模型中字节码解释器工作时就是通过改变程序计数器的值来选取下一条待执行的字节码指令

如果线程正在执行的是一个Java方法，程序计数器记录的就是正在执行的虚拟机字节码指令地址；如果是一个Native方法，这个计数器值为空（Undefined）

在Java虚拟机规范中，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

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈为线程私有

虚拟机栈的生命周期与线程相同，描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame，方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法被调用直至被执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了StackOverflowError异常和OutOfMemoryError异常两种：当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时，将抛出StackOverflowError异常；当虚拟机栈扩展时无法申请到足够内存时会抛出OutOfMemoryError异常

本地方法栈

本地方法栈为线程私有

本地方法栈与Java虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别在于，虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机栈使用到的Native方法服务

虚拟机规范中对本地方法栈的实现相对自由，Sun HotSpot虚拟机中甚至直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一

与虚拟机栈一样， 这个区域规定了StackOverflowError异常和OutOfMemoryError异常两种

Java堆

Java堆为所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；Java堆是虚拟机所管理内存中最大的一块

通常所说的GC堆（Garbage Collected Heap）就是指Java堆，它是垃圾收集器管理的主要区域；由于垃圾收集器基本都是采用分代收集算法，所以Java堆可以划分为新生代和老年代，更细一点可以划分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等

从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）

Java堆可以通过-Xmx和-Xms控制堆的动态扩展，其在物理存储上可以是一片不连续的内存空间，当没有足够内存可供扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常

方法区

方法区（通常也称非堆）为所有线程共享的一块内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据

Java虚拟机规范中允许Java堆中不实现垃圾收集，垃圾收集器在Java堆中的内存回收目标主要针对常量池和类型卸载，回收的条件相当苛刻，所以回收的效率比较难以令人满意

JDK8以前，方法区又称为“永久代（Permanent Generation）”，原因是HotSpot虚拟机（其他虚拟机并没有）的设计团队选择将GC分代收集扩展至方法区或者说是使用永久代来实现方法区；但是基于永久代的方法区设计，使得这块内存更容易出现内存溢出问题

考虑到HotSpot未来的发展，在JDK6的时候就逐步采用本地内存来实现方法区，到了JDK7的HotSpot，已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态常量等移出，而到了JDK8则完全摒弃了永久代的概念，改用在本地内存中实现元空间（Metaspace）来代替，把JDK7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到了元空间

当方法区无法满足内存分配需求时将抛出OutOfMemoryError异常

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分

区别于常量池，常量池是Class文件中的一项，存放了编译期间生成的各种字面量和符号引用，常量池在类加载后将会存放到方法区的运行时常量池中；相较于常量池，运行时常量池还具备动态性，即运行期间也能将新的常量放入池中，典型的方法就是String类的intern()方法

Java虚拟机对运行时常量池的实现没有严格的限制，不同提供商各有不同的实现方式，不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中

作为方法区的一部分，运行时常量池在内存不足时将抛OutOfMemoryError异常

直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域；但既然是内存必然受到机器本身总内存大小的现实，正因为如此，这一块区域的内存常常在为虚拟机量身定制时被忽略，导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常

直接内存的应用，主要体现在NIO类，通过基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配对外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆来回复制数据