JVM-运行时数据区域

1、程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器及运行到哪了。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需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。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，为了线程切换后能恢复到正确执行位置，每个线程都需要一个独立的程序计数器来独立存储，称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行一个Java方法，那么计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果执行的是一个Native方法（本地方法），则计数器值为空。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、Java虚拟机栈

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用到执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表：
- 存放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，不等同于对象本身，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与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址：函数返回地址）。
- long、double占用两个局部变量控件Slot，其余的数据类型只占用1个。
- 局部变量表所需的内存空间在编译期确定，当进入一个方法时，方法在栈帧中所需要分配的局部变量控件是完全确定的，不可动态改变大小。
- 异常：线程请求的栈帧深度大于虚拟机所允许的深度---StackOverFlowError，如果虚拟机栈可以动态扩展（大部分虚拟机允许动态扩展，也可以设置固定大小的虚拟机栈），但是无法申请到足够的内存---OutOfMemorError。
操作数栈：
- 后进先出LIFO，最大深度由编译期确定。栈帧刚建立使，操作数栈为空，执行方法操作时，操作数栈用于存放JVM从局部变量表复制的常量或者变量，提供提取，及结果入栈，也用于存放调用方法需要的参数及接受方法返回的结果。
- 操作数栈可以存放一个jvm中定义的任意数据类型的值。
- 在任意时刻，操作数栈都一个固定的栈深度，基本类型除了long、double占用两个深度，其它占用一个深度
动态链接：
- 每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。Class文件的常量池中存在有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用，一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用（如final、static域等），称为静态解析，另一部分将在每一次的运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。
方法返回地址：
- 当一个方法被执行后，有两种方式退出该方法：执行引擎遇到了任意一个方法返回的字节码指令或遇到了异常，并且该异常没有在方法体内得到处理。无论采用何种退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行。方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数器的值就可以作为返回地址，栈帧中很可能保存了这个计数器值，而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。
- 方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，如果有返回值，则把它压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。

3、本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈作用相似，只不过它为虚拟机使用Native方法服务。其中本地方法栈中方法使用的语言、使用方法与数据结构没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。

4、Java堆

Java堆是Java虚拟机管理的内存中最大的一块，所有线程共享，在虚拟机启动时创建的。唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象实例都在这里分配内存（但随着JIT编译器发展与逃逸分析技术逐渐成熟，就不是那么绝对了）。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，很多时候也被称为“GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收角度看，由于现在收集器基本采用分代收集算法，所有Java堆可细分为：新生代和老年代，再细致点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配角度看，线程共享的Java堆可以划分出多个线程私有的分配缓冲器（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）。

根据的Java虚拟机规范，Java的堆可以处于物理不连续的空间中，只要逻辑连续即可。在实现时，既可以实现成固定大小的也可以是可扩展的（通过-Xmx和-Xms控制），如果堆中没有足够的内存完成实例分配，并且堆也无法得到扩展时，将会抛出的OutOfMemoryError异常。

5、方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样，也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信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，其实堆和方法区可以看成数据部分；虚拟机栈和程序计数器可以看成指令部分；方法区存储一些不会变更的数据，之前热点上使用GC分代收集管理方法区，所以方法区也被称为永久代（本质上两者不等价），但是现在已经使用Native Memory来代替永久代了。

虚拟机对方法区规范非常宽松，除了和Java的堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小意外，还可以选择不实现垃圾回收。垃圾回收行为在这个区域比较少见但还是有必要的，主要是针对常量池回收和类型的卸载。

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和符号引用，运行时常量池相对于类常量池另外一个特性就是具备动态性，运行期间可能将新的常量放入池中。当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。