第2章 Java内存区域与内存溢出异常
运行时数据区：
- 线程共享：方法区、堆。 （生命周期随着虚拟机进程的启动而存在）
- 线程私有：虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。 （生命周期与线程相同）
1.方法区（Method Area）
- 存储内容：用于存储已被虚拟机加载的类信息（类名、访问修饰符）、类中的静态变量、类中定义的final常量、类中的Field信息、方法、即时编译器编译后的代码等数据。
- 永久代：HotSpot 虚拟机把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区，这样HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法区编写内存管理的代码。现在有逐步改为采用 Native Memory 来实现方法区的规划。
- 特点：不需要连续的内存；可选择固定大小或者可扩展；可选择不实现垃圾收集。
- 内存回收目标：主要是常量池的回收和对类型的卸载。（一定条件下会被GC）
- 异常：当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出 OutOfMemoryError 异常。
1.1运行时常量池（Runtime Constant Pool）
- 用途：是方法区的一部分，用于保存Class文件中的各种字面量和描述的符号引用，还存储翻译出来的直接引用。
- 特点：具有动态性，常量不一定只有在编译期才能产生，运行期间也可能将新的常量放入池中，比如String类的intern( ) 方法。
- 异常：受方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时，会抛出 OutOfMemoryError 异常。
- Class文件常量池：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。
- Class文件内容：包括类的版本、字段、方法、接口、常量池（Constant Pool Table）等。
2.堆（Heap）
- 存储内容：存放对象实例及数组值，几乎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主要区域，常被称为“GC堆”。从内存回收的角度，Java堆可细分为新生代和老年代，再细点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等；从内存分配角度，线程共享的Java堆可划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB）。无论怎么划分都是为了更好地回收内存，或者更快的分配内存。内存空间必须逻辑上连续。大小可固定，可扩展（通过-Xmx 和 -Xms 控制）。
- 异常：如果在堆中给实例分配时内存不足，并且堆也无法再扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。
等待GC进行回收。
如果对象比较大，堆内存的分配需要加锁；相反，如果对象比较小，所建线程分配一块独立的内存空间TLAB（Thread Local Allocation Buffer），分配时不需要加锁。
3.Java虚拟机栈（JVM stack）
- 用途：描述的是Java方法执行的内存模型，以栈帧（Stack Frame）为单位的压栈或出栈。每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息）。每一个方法从调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
- 局部变量表：存放了编译期可知的 a.各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）; b.对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，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）； c.returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中long和double占2个局部变量空间（Slot），其余数据类型占1个。
- 方法的局部变量所需内存空间在编译期间完成分配，方法运行期间不会改变。
- 两种异常：如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将抛 StackOverflowError 异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展时无法申请到足够的内存，将抛 OutOfMemoryError 异常。
4.本地方法栈（Native Method Stack）
- 用途：为虚拟机使用到的Native方法服务，保存native方法进入区域的地址。
- 异常：会抛 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。
5.程序计数器（Program Counter Register）
- 用途：是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在字节码解释器工作时通过改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。（如果线程执行的是一个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Native方法，计数器值为空。）
- 应用场景：常在分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能中应用。
- 线程私有：为了保证多线程情况下，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。
- 异常：没有任何OutOfMemoryError的情况。
6.直接内存（Direct Memory）
- 简介：也被称为堆外内存，自从 JDK1.4 引入 NIO 后，直接内存的使用也越来越普遍。NIO类可以使用 native 方法库可以直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象做为这块内存的引用进行操作。
- 为什么使用堆外内存：
1、减少了垃圾回收
使用堆外内存的话，堆外内存是直接受操作系统管理( 而不是虚拟机 )。这样做的结果就是能保持一个较小的堆内内存，以 减少垃圾收集对应用的影响。
2、提升复制速度(IO效率)
堆内内存由JVM管理，属于“用户态”；而堆外内存由OS管理，属于“内核态”。如果从堆内向磁盘写数据时，数据会被先复 制到堆外内存，即内核缓冲区，然后再由OS写入磁盘，使用堆外内存避免了这个操作。
- 直接内存（堆外内存）与堆内存比较：直接内存申请空间耗费更高的性能，当频繁申请到一定量时尤为明显；直接内存IO读写的性能要优于普通的堆内存，在多次读写操作的情况下差异明显。所以直接内存适用于IO操作频繁的情况下。
- 内存限制：直接内存的分配受本机总内存大小 以及处理器寻址空间的限制。
- 异常：如果各个内存区域总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时出现 OutOfMemoryError 异常。
- NIO（New Input/Output）：一种基于通道（Channel）与 缓冲区（Buffer）的IO方式。
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