《深入理解Java虚拟机》——Java虚拟机运行时数据区

2.2 运行时数据区域

2.2.1 程序计数器

程序计数器可以看作是当前线程所执行的字节码行号指示器，在Java虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选去下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，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。
程序计数器是线程私有的内存区域——为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（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。

2.2.2 Java虚拟机栈

虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数占、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽来表示，其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。
在《Java虚拟机规范》中，对这个内存区域（虚拟机栈和本地方法栈）规定了两类异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存回抛出OutOfMemoryError异常。

2.2.3 本地方法栈

与虚拟机栈发挥作用相似，其区别只是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使用到的本地（Native）方法服务。

2.2.4 Java堆

对于Java应用程序来说，Java堆是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。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，“几乎”（逃逸分析、栈上分配和标量替换的出现）所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的内存区域。
如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

2.2.5 方法区

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。
根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法去无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

2.2.6 运行时常量池

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与符号引用。
运行时常量池具备动态性，运行期间也可以将新的常量放入池中（String类的intern方法）。

2.2.7 直接内存

存在OOM异常出现，比如JDK1.4新加入NIO类，引入一种基于通道与缓冲区的I/O方式，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堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。