Java内存模型小析

程序计数器是一块比较小的内存空间。在Java虚拟机的概念模型中：字节码解释器工作时就是通过改变这个 计数器的值来选取下一条要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。这部分的内存区域是 “线程私有”的。 插曲：Java中线程的执行是通过CPU给线程分配CPU时间片来实现的。在任何一个确定的时刻，一个CPU都只会执行一条线程中的指令。 多线程的执行简单点说就是CPU给每个线程分配一个时间片，当上一个线程分配的时间片结束了，下一个线程执行它所分配到的时间片， CPU这样不停的切换线程的执行。线程在切换前会保存上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态，任务从保存到再加载的过程是一次上下文的切换，而 程序计数器起的作用是线程切换后能恢复到正确的执行位置。

Java虚拟机栈同样是 线程私有的，它的生命周期和线程相同。虚拟机栈描述的是 Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧(Stack Frame), 用来存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。 每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。这里先简单的说一下局部变量表(详细的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息以后再开章节详细说明，迫不及待的同学请查阅周志明写的《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》第八章)局部变量表存放了 编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型，它不等同于对象本身，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他于此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址) .注意：局部变量表所需的内存空间是在编译期间完成分配的。当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

本地方法栈和虚拟机栈的作用是非常类似的，在HotSpot虚拟机中把这两部分合到了一起。本地方法栈和虚拟机栈的区别是： 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(即字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务。

Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。在Java虚拟机规范中：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。关于堆的内容可以分好几个章节来介绍，这个以后再细说。

方法区与java堆一样，是各个线程共享的内存区域。它 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。这里需要注意的是：很多人会称方法区为 “永久代”，这里仅仅是针对于HotSpot虚拟机来说的。原因是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把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，这样做的目的是为了HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，这样能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。 对于其他虚拟机(BEAJRockit、IBM J9等)是不存在有永久代的概念的 。另外需要注意的是在JDK1.8之后永久代被元空间(MetaSpace)代替了。

运行时常量池是方法区的一部分， 用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用 ，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。需要注意的是： Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，在运行期间也可能将新的常量放入池中 。例如调用String的intern()方法。

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(它的产生是由于JDK1.4中引入的NIO，NIO的东西是另一个复杂的话题)。它可以使用native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的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，因为它避免了在Java堆和native堆(称系统内存更好一点吧)中来回复制数据。

附上两张内存分配的图片：

参考：

周志明《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》第二章Java内存区域与内存溢出异常

关于MetaSpace的内容：

http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html

http://blog.csdn.net/zhyhang/article/details/17246223/

https://my.oschina.net/benhaile/blog/214159

https://dzone.com/articles/java-8-permgen-metaspace