1 程序計數(shù)器

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　　程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。字節(jié)碼解釋器工作時通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等功能都需要依賴這個計數(shù)器來完。

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　　java虛擬機(jī)的多線程是通過線程輪流切換并分配CPU的時間片的方式實現(xiàn)的，因此在任何時刻一個處理器（如果是多核處理器，則只是一個核）都只會處理一個線程，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨(dú)立的程序計數(shù)器，各線程之間計數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲，因此這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存。

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　　從上面的介紹中我們知道程序計數(shù)器主要有兩個作用：

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字節(jié)碼解釋器通過改變程序計數(shù)器來依次讀取指令，從而實現(xiàn)代碼的流程控制，如：順序執(zhí)行、選擇、循環(huán)、異常處理。

在多線程的情況下，程序計數(shù)器用于記錄當(dāng)前線程執(zhí)行的位置，從而當(dāng)線程被切換回來的時候能夠知道該線程上次運(yùn)行到哪兒了。

　　注意：程序計數(shù)器是唯不會出現(xiàn) OutOfMemoryError 的內(nèi)存區(qū)域，它的生命周期隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建，隨著線程的結(jié)束而死亡。

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2 Java 虛擬機(jī)棧

　　Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的，它的生命周期和線程相同，描述的是 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型。Java虛擬機(jī)棧是由一個個棧幀組成，線程在執(zhí)行一個方法時，便會向棧中放入一個棧幀，每個棧幀中都擁有局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口信息。局部變量表主要存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）和對象引用（reference類型，它不同于對象本身，可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?#xff0c;也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關(guān)的位置）。

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　　Java 虛擬機(jī)棧會出現(xiàn)兩種異常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。

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　　StackOverFlowError：若Java虛擬機(jī)棧的內(nèi)存大小不允許動態(tài)擴(kuò)展，那么當(dāng)線程請求棧的深度超過當(dāng)前Java虛擬機(jī)棧的最大深度的時候，就拋出StackOverFlowError異常。

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　　OutOfMemoryError：若 Java 虛擬機(jī)棧的內(nèi)存大小允許動態(tài)擴(kuò)展，且當(dāng)線程請求棧時內(nèi)存用完了，無法再動態(tài)擴(kuò)展了，此時拋出OutOfMemoryError異常。

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　　Java 虛擬機(jī)棧也是線程私有的，每個線程都有各自的Java虛擬機(jī)棧，而且隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建，隨著線程的死亡而死亡。

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3 本地方法棧

　　和虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用非常相似，區(qū)別是： 虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行 Java 方法 （也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的 Native 方法服務(wù)。 在 HotSpot 虛擬機(jī)中和 Java 虛擬機(jī)棧合二為一。

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　　本地方法被執(zhí)行的時候，在本地方法棧也會創(chuàng)建一個棧幀，用于存放該本地方法的局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、出口信息。方法執(zhí)行完畢后相應(yīng)的棧幀也會出棧并釋放內(nèi)存空間，也會出現(xiàn) StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 兩種異常。

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4 堆

　　堆是Java 虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊，Java 堆是所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動時創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例以及數(shù)組都在這里分配內(nèi)存（目前由于編譯器的優(yōu)化，對象在堆上分配已經(jīng)沒有那么絕對了，參見：https://www.cnblogs.com/aiqiqi/p/10650394.html）。

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　　Java 堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此也被稱作GC堆（Garbage Collected Heap）。從垃圾回收的角度，由于現(xiàn)在收集器基本都采用分代垃圾收集算法，所以Java堆還可以細(xì)分為：新生代和老年代：其中新生代又分為：Eden空間、From Survivor、To Survivor空間。進(jìn)一步劃分的目的是更好地回收內(nèi)存，或者更快地分配內(nèi)存?！胺执厥铡笔腔谶@樣一個事實：對象的生命周期不同，所以針對不同生命周期的對象可以采取不同的回收方式，以便提高回收效率。從內(nèi)存分配的角度來看，線程共享的java堆中可能會劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。

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　　如圖所示，JVM內(nèi)存主要由新生代、老年代、永久代構(gòu)成。

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　?、?新生代（Young Generation）：大多數(shù)對象在新生代中被創(chuàng)建，其中很多對象的生命周期很短。每次新生代的垃圾回收（又稱Minor GC）后只有少量對象存活，所以選用復(fù)制算法，只需要少量的復(fù)制成本就可以完成回收。

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　　新生代內(nèi)又分三個區(qū)：一個Eden區(qū)，兩個Survivor區(qū)（一般而言），大部分對象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時，還存活的對象將被復(fù)制到兩個Survivor區(qū)（中的一個）。當(dāng)這個Survivor區(qū)滿時，此區(qū)的存活且不滿足“晉升”條件的對象將被復(fù)制到另外一個Survivor區(qū)。對象每經(jīng)歷一次Minor GC，年齡加1，達(dá)到“晉升年齡閾值”后，被放到老年代，這個過程也稱為“晉升”。顯然，“晉升年齡閾值”的大小直接影響著對象在新生代中的停留時間，在Serial和ParNew GC兩種回收器中，“晉升年齡閾值”通過參數(shù)MaxTenuringThreshold設(shè)定，默認(rèn)值為15。

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　　② 老年代（Old Generation）：在新生代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對象，就會被放到年老代，該區(qū)域中對象存活率高。老年代的垃圾回收（又稱Major GC）通常使用“標(biāo)記-清理”或“標(biāo)記-整理”算法。整堆包括新生代和老年代的垃圾回收稱為Full GC（HotSpot VM里，除了CMS之外，其它能收集老年代的GC都會同時收集整個GC堆，包括新生代）。

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　?、?永久代（Perm Generation）：主要存放元數(shù)據(jù)，例如Class、Method的元信息，與垃圾回收要回收的Java對象關(guān)系不大。相對于新生代和年老代來說，該區(qū)域的劃分對垃圾回收影響比較小。

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　　在 JDK 1.8中移除整個永久代，取而代之的是一個叫元空間（Metaspace）的區(qū)域（永久代使用的是JVM的堆內(nèi)存空間，而元空間使用的是物理內(nèi)存，直接受到本機(jī)的物理內(nèi)存限制）。

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5 方法區(qū)

　　方法區(qū)與 Java 堆一樣，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做 Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與 Java 堆區(qū)分開來。

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　　HotSpot 虛擬機(jī)中方法區(qū)也常被稱為 “永久代”，本質(zhì)上兩者并不等價。僅僅是因為 HotSpot 虛擬機(jī)設(shè)計團(tuán)隊用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已，這樣 HotSpot 虛擬機(jī)的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一樣管理這部分內(nèi)存了。但是這并不是一個好主意，因為這樣更容易遇到內(nèi)存溢出問題。

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　　相對而言，垃圾收集行為在這個區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入方法區(qū)后就“永久存在”了。

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6 運(yùn)行時常量池

　　運(yùn)行時常量池是方法區(qū)的一部分。Class 文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有常量池信息（用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用）

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　　既然運(yùn)行時常量池時方法區(qū)的一部分，自然受到方法區(qū)內(nèi)存的限制，當(dāng)常量池?zé)o法再申請到內(nèi)存時會拋出 OutOfMemoryError 異常。

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　　JDK1.7及之后版本的 JVM 已經(jīng)將運(yùn)行時常量池從方法區(qū)中移了出來，在 Java 堆（Heap）中開辟了一塊區(qū)域存放運(yùn)行時常量池。

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7 直接內(nèi)存

　　直接內(nèi)存并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，但是這部分內(nèi)存也被頻繁地使用。而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。

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　　JDK1.4中新加入的 NIO(New Input/Output) 類，引入了一種基于通道（Channel） 與緩存區(qū)（Buffer） 的 I/O 方式，它可以直接使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣就能在一些場景中顯著提高性能，因為避免了在 Java 堆和 Native 堆之間來回復(fù)制數(shù)據(jù)。

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　　本機(jī)直接內(nèi)存的分配不會收到 Java 堆的限制，但是，既然是內(nèi)存就會受到本機(jī)總內(nèi)存大小以及處理器尋址空間的限制。