JVM 内存结构模型

JVM 虚拟机主要由 4 个部分组成：

Class Loader： 依据特定的格式，将 class 文件加载到内存
Execution Engine： 解析字节码文件并提交给操作系统执行
Native Interface： Java 本地接口，融合不同语言开发的原生库为 Java 所用
Runtime Data Area： JVM 内存结构模型

JVM 内存区域

线程私有
程序计数器 PC、虚拟机栈、本地方法栈

线程共享
方法区、堆、直接内存（非运行时数据区）

线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束而创建/销毁（在 Hotspot VM 内），每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应)。

线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁

直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分，但也会被频繁的使用：在 JDK 1.4 引入的 NIO 提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后使用 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作，这样就避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能。
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程序计数器 PC

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

另外，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，各线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

正在执行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如果还是 Native 方法，则为空。

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

虚拟机栈

是描述 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）用于存储局部变量和部分过程的结果，栈帧由以下几部分组成：

局部变量表： 存储方法调用时传递的参数，从 0 号槽位开始存储 this、方法参数、局部变量
操作数栈： 执行中间操作，存储从局部变量表或对象实例字段复制的常量或变量值，以及操作结果，另外，还用来准备被调用方法的参数和接受方法调用的返回结果
动态链接： 一个指向运行时常量池的引用，将 class 文件中的符号引用（描述一个方法调用了其他方法或访问成员变量）转为直接引用
方法返回地址： 方法正常退出或抛出异常退出，返回方法被调用的位置

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。栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁 —— 无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。
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本地方法栈

本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为 Native 方法服务, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个 C 栈，但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

堆

创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。由于现代 VM 采用分代收集算法，因此 Java 堆从 GC 的角度还可以细分为：新生代（Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区）和老年代。

方法区

用于存储被 JVM 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。

在 HotSpot 中方法区也被称为永久代（Permanent Generation），HotSpot VM 把 GC 分代收集扩展至方法区，即 使用 Java 堆的永久代来实现方法区，这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存，而不必为方法区开发专门的内存管理器（永久代的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载，因此收益一般很小）。

JDK 1.8 的时候，方法区（HotSpot 的永久代）被彻底移除了，取而代之是元空间，元空间使用的是直接内存。

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool） 是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），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存放到方法区的运行时常量池中。
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JAVA8 与元空间

在 Java8 中，永久代已经被移除，被元空间所取代。元空间的本质和永久代类似，元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用直接内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入 native memory，字符串池和类的静态变量放入 java 堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由 MaxPermSize 控制，而由系统的实际可用空间来控制。