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JVM定義了若干個程序執行期間使用的數據區域。這個區域里的一些數據在JVM啟動的時候創建，在JVM退出的時候銷毀。而其他的數據依賴于每一個線程，在線程創建時創建，在線程退出時銷毀。
程序計數器程序計數器是一塊較小的內存空間，可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。 由于Java 虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內核）只會執行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復到正確的執行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間的計數器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內存區域為“線程私有”的內存。 如果線程正在執行的是一個Java 方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；如果正在執行的是Natvie 方法，這個計數器值則為空（Undefined）。 此內存區域是唯一一個在Java 虛擬機規范中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
虛擬機棧線程私有，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java 方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候都會同時創建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口等信息。 動畫是由一幀一幀圖片連續切換結果的結果而產生的，其實虛擬機的運行和動畫也類似，每個在虛擬機中運行的程序也是由許多的幀的切換產生的結果，只是這些幀里面存放的是方法的局部變量，操作數棧，動態鏈接，方法返回地址和一些額外的附加信息組成。每一個方法被調用直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。
對于執行引擎來說，活動線程中，只有棧頂的棧幀是有效的，稱為當前棧幀，這個棧幀所關聯的方法稱為當前方法。執行引擎所運行的所有字節碼指令都只針對當前棧幀進行操作。 局部變量表局部變量表是一組變量值存儲空間，用于存放方法參數和方法內部定義的局部變量。在Java程序被編譯成Class文件時，就在方法的Code屬性的max_locals數據項中確定了該方法所需要分配的最大局部變量表的容量。 局部變量表的容量以變量槽（Slot）為最小單位，32位虛擬機中一個Slot可以存放一個32位以內的數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、reference和returnAddress八種）。 reference類型虛擬機規范沒有明確說明它的長度，但一般來說，虛擬機實現至少都應當能從此引用中直接或者間接地查找到對象在Java堆中的起始地址索引和方法區中的對象類型數據。 returnAddress類型是為字節碼指令jsr、jsr_w和ret服務的，它指向了一條字節碼指令的地址。 虛擬機是使用局部變量表完成參數值到參數變量列表的傳遞過程的，如果是實例方法（非static），那么局部變量表的第0位索引的Slot默認是用于傳遞方法所屬對象實例的引用，在方法中通過this訪問。 Slot是可以重用的，當Slot中的變量超出了作用域，那么下一次分配Slot的時候，將會覆蓋原來的數據。Slot對對象的引用會影響GC（要是被引用，將不會被回收）。 系統不會為局部變量賦予初始值（實例變量和類變量都會被賦予初始值）。也就是說不存在類變量那樣的準備階段。 操作數棧和局部變量區一樣，操作數棧也是被組織成一個以字長為單位的數組。但是和前者不同的是，它不是通過索引來訪問，而是通過標準的棧操作——壓棧和出棧—來訪問的。比如，如果某個指令把一個值壓入到操作數棧中，稍后另一個指令就可以彈出這個值來使用。 虛擬機在操作數棧中存儲數據的方式和在局部變量區中是一樣的：如int、long、float、double、reference和returnType的存儲。對于byte、short以及char類型的值在壓入到操作數棧之前，也會被轉換為int。 虛擬機把操作數棧作為它的工作區——大多數指令都要從這里彈出數據，執行運算，然后把結果壓回操作數棧。比如，iadd指令就要從操作數棧中彈出兩個整數，執行加法運算，其結果又壓回到操作數棧中，看看下面的示例，它演示了虛擬機是如何把兩個int類型的局部變量相加，再把結果保存到第三個局部變量的：
在這個字節碼序列里，前兩個指令iload_0和iload_1將存儲在局部變量中索引為0和1的整數壓入操作數棧中，其后iadd指令從操作數棧中彈出那兩個整數相加，再將結果壓入操作數棧。第四條指令istore_2則從操作數棧中彈出結果，并把它存儲到局部變量區索引為2的位置。下圖詳細表述了這個過程中局部變量和操作數棧的狀態變化，圖中沒有使用的局部變量區和操作數棧區域以空白表示。 動態連接虛擬機運行的時候,運行時常量池會保存大量的符號引用，這些符號引用可以看成是每個方法的間接引用。如果代表棧幀A的方法想調用代表棧幀B的方法，那么這個虛擬機的方法調用指令就會以B方法的符號引用作為參數，但是因為符號引用并不是直接指向代表B方法的內存位置，所以在調用之前還必須要將符號引用轉換為直接引用，然后通過直接引用才可以訪問到真正的方法。 如果符號引用是在類加載階段或者第一次使用的時候轉化為直接應用，那么這種轉換成為靜態解析，如果是在運行期間轉換為直接引用，那么這種轉換就成為動態連接。
返回地址方法的返回分為兩種情況，一種是正常退出，退出后會根據方法的定義來決定是否要傳返回值給上層的調用者，一種是異常導致的方法結束，這種情況是不會傳返回值給上層的調用方法。 不過無論是那種方式的方法結束，在退出當前方法時都會跳轉到當前方法被調用的位置，如果方法是正常退出的，則調用者的PC計數器的值就可以作為返回地址,，果是因為異常退出的，則是需要通過異常處理表來確定。 方法的的一次調用就對應著棧幀在虛擬機棧中的一次入棧出棧操作，因此方法退出時可能做的事情包括：恢復上層方法的局部變量表以及操作數棧，如果有返回值的話，就把返回值壓入到調用者棧幀的操作數棧中，還會把PC計數器的值調整為方法調用入口的下一條指令。 異常在Java 虛擬機規范中，對虛擬機棧規定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError 異常；如果虛擬機棧可以動態擴展（當前大部分的Java 虛擬機都可動態擴展，只不過Java 虛擬機規范中也允許固定長度的虛擬機棧），當擴展時無法申請到足夠的內存時會拋出OutOfMemoryError 異常。
本地方法棧本地方法棧（Native MethodStacks）與虛擬機棧所發揮的作用是非常相似的，其區別不過是虛擬機棧為虛擬機執行Java 方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的Native 方法服務。虛擬機規范中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數據結構并沒有強制規定，因此具體的虛擬機可以自由實現它。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot 虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。 與虛擬機棧一樣，本地方法棧區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
堆堆是Java 虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java 堆是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創建。此內存區域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內存。但是隨著JIT 編譯器的發展與逃逸分析技術的逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會導致一些微妙的變化發生，所有的對象都分配在堆上也漸漸變得不是那么“絕對”了。 堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱做“GC 堆”。 堆的大小可以通過-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)參數設置，-Xms為JVM啟動時申請的最小內存，默認為操作系統物理內存的1/64但小于1G，-Xmx為JVM可申請的最大內存，默認為物理內存的1/4但小于1G，默認當空余堆內存小于40%時，JVM會增大Heap到-Xmx指定的大小，可通過-XX:MinHeapFreeRation=來指定這個比列；當空余堆內存大于70%時，JVM會減小heap的大小到-Xms指定的大小，可通過XX:MaxHeapFreeRation=來指定這個比列，對于運行系統，為避免在運行時頻繁調整Heap的大小，通常-Xms與-Xmx的值設成一樣。
如果從內存回收的角度看，由于現在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java 堆中還可以細分為：新生代和老年代； 新生代：程序新創建的對象都是從新生代分配內存，新生代由Eden Space和兩塊相同大小的Survivor Space(通常又稱S0和S1或From和To)構成，可通過-Xmn參數來指定新生代的大小，也可以通過-XX:SurvivorRation來調整Eden Space及SurvivorSpace的大小。 老年代：用于存放經過多次新生代GC仍然存活的對象，例如緩存對象，新建的對象也有可能直接進入老年代，主要有兩種情況：1、大對象，可通過啟動參數設置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(單位為字節，默認為0)來代表超過多大時就不在新生代分配，而是直接在老年代分配。2、大的數組對象，且數組中無引用外部對象。 老年代所占的內存大小為-Xmx對應的值減去-Xmn對應的值。
如果在堆中沒有內存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError 異常。
方法區方法區在一個jvm實例的內部，類型信息被存儲在一個稱為方法區的內存邏輯區中。類型信息是由類加載器在類加載時從類文件中提取出來的。類(靜態)變量也存儲在方法區中。 簡單說方法區用來存儲類型的元數據信息，一個.class文件是類被java虛擬機使用之前的表現形式，一旦這個類要被使用，java虛擬機就會對其進行裝載、連接（驗證、準備、解析）和初始化。而裝載（后的結果就是由.class文件轉變為方法區中的一段特定的數據結構。這個數據結構會存儲如下信息：
類型信息 這個類型的全限定名 這個類型的直接超類的全限定名 這個類型是類類型還是接口類型 這個類型的訪問修飾符 任何直接超接口的全限定名的有序列表
字段信息 字段名 字段類型 字段的修飾符
方法信息 方法名 方法返回類型 方法參數的數量和類型（按照順序） 方法的修飾符
其他信息 除了常量以外的所有類（靜態）變量 一個指向ClassLoader的指針 一個指向Class對象的指針 常量池（常量數據以及對其他類型的符號引用）
JVM為每個已加載的類型都維護一個常量池。常量池就是這個類型用到的常量的一個有序集合，包括實際的常量(string,integer,和floating point常量)和對類型，域和方法的符號引用。池中的數據項象數組項一樣，是通過索引訪問的。
每個類的這些元數據，無論是在構建這個類的實例還是調用這個類某個對象的方法，都會訪問方法區的這些元數據。 構建一個對象時，JVM會在堆中給對象分配空間，這些空間用來存儲當前對象實例屬性以及其父類的實例屬性（而這些屬性信息都是從方法區獲得），注意，這里并不是僅僅為當前對象的實例屬性分配空間，還需要給父類的實例屬性分配，到此其實我們就可以回答第一個問題了，即實例化父類的某個子類時，JVM也會同時構建父類的一個對象。從另外一個角度也可以印證這個問題：調用當前類的構造方法時，首先會調用其父類的構造方法直到Object，而構造方法的調用意味著實例的創建，所以子類實例化時，父類肯定也會被實例化。 類變量被類的所有實例共享，即使沒有類實例時你也可以訪問它。這些變量只與類相關，所以在方法區中，它們成為類數據在邏輯上的一部分。在JVM使用一個類之前，它必須在方法區中為每個non-final類變量分配空間。
方法區主要有以下幾個特點： 1、方法區是線程安全的。由于所有的線程都共享方法區，所以，方法區里的數據訪問必須被設計成線程安全的。例如，假如同時有兩個線程都企圖訪問方法區中的同一個類，而這個類還沒有被裝入JVM，那么只允許一個線程去裝載它，而其它線程必須等待 2、方法區的大小不必是固定的，JVM可根據應用需要動態調整。同時，方法區也不一定是連續的，方法區可以在一個堆(甚至是JVM自己的堆)中自由分配。 3、方法區也可被垃圾收集，當某個類不在被使用(不可觸及)時，JVM將卸載這個類，進行垃圾收集
可以通過-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 參數限制方法區的大小。 對于習慣在HotSpot 虛擬機上開發和部署程序的開發者來說，很多人愿意把方法區稱為“永久代”（PermanentGeneration），本質上兩者并不等價，僅僅是因為HotSpot 虛擬機的設計團隊選擇把GC 分代收集擴展至方法區，或者說使用永久代來實現方法區而已。對于其他虛擬機（如BEA JRockit、IBM J9 等）來說是不存在永久代的概念的。 相對而言，垃圾收集行為在這個區域是比較少出現的，但并非數據進入了方法區就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這個區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載。 當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。
總結
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