前言

相信学习过C/C++的朋友们肯定对指针这个概念印象深刻，有了指针，我们就可以随意操作分配给程序的这一块内存，此时此刻内存就是恕瑞玛，程序员就是黄鸡，可以主宰内存里的一切。

但与此同时，权力的代价就是我们需要花费更多的精力在内存管理上，规定某些变量何时生何时死。很明显，这大大增加了一个大型的C/C++系统中程序员的工作量。

在Java中，指针这个概念被删除了，和它有着类似作用的是一个叫做引用的东西，同时引入了Java虚拟机(Java Virtual Machine)，这可是个好东西，有了JVM后，程序员不用在内存管理上再亲历亲为了，内存泄露和溢出的问题也减少了很多(计算机永远不会错！)

但是问题的减少不代表问题就此消失，如果不了解JVM的话可能无法很好的排查错误，所以用这一篇文章来介绍一下JVM内存中的各个区域

下面会一个个介绍这些区域的作用

程序计数器 PCR

程序计数器其实就是字节码解释器工作时使用的一个标志，它标志了当前进行到哪个行号了，是程序控制流的指示器。在Java多线程开发的时候，每个线程都分配了一块内存，不同线程之间来回切换，为了从A线程切换到B线程再切换回A线程时可以定位到之前执行的位置，每个线程都被分配了一个PCR。这个内存区域不会有任何OutOfMemoryError的情况。如果线程执行一个Java方法，那么PCR记录的时虚拟机字节码的地址，如果是本地方法，那么计数器的值为Undefined

Java 虚拟机栈 VM Stack

Java虚拟机栈也是线程私有的，它描述的是Java方法执行的线程内存模型，在我们使用.run方法的时候，不同线程之间都有自己的一个栈帧用来存储局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口等，这块学过计算机系统的朋友应该都很熟悉了。

VM Stack中存放了编译期可知的各种基本数据类型，对象引用和returnAddress，这些数据类型在局部变量表以局部变量槽表示。局部变量表所需要的内存空间在编译期完全确定，也就是说，进入一个方法后，这个方法需要在它的栈帧中分配多大的局部变量表是完全确定的。这里的“大小”值的是变量槽的数量，虚拟机最后使用了多大的空间因不同版本的虚拟机而异。

这个内存区域会发生两类异常，一个是线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError，如果Java虚拟机栈容量允许动态扩展，当拓展到极限的时候会抛出OutOfMemoryError

本地方法栈

本地方法栈和VM Stack的作用基本相同，区别在于VM Stack是为Java方法服务，本地方法栈为本地方法服务，也会有上述的两种异常。

Java 堆

Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块，被所有线程共享，这个区域存在的唯一目的就是存访对象的实例，Java程序中几乎所有的对象实例都在堆上分配内存。不过由于技术(即时编译，逃逸分析，标量替换)的进步，可能以后并不是所有的Java对象实例都会在堆上被分配。

同时，Java堆还是GC(Garbage Collected)管理的内存区域，由于现代垃圾收集器大部分都是基于分代收集理论设计的，所以java堆中经常出现“新生代”，“老年代”等名词。

从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer)来提升对象分配时的效率。

TLAB的能够让每个Java线程能使用自己专属的分配指针来分配空间，均摊对Java堆里共享的分配指针做更新而带来的同步开销，这个内容会用一篇新的文章来讲，这里就不继续展开了。

但是无论如何划分，Java堆中存储内容的共性不会被改变，无论哪个区域，存储的都是对象实例，划分是为了更快的分配内存和更好的回收。

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但是逻辑上它是连续的，就像磁盘一样，但是对于体积较大的对象，从效率和简单的角度出发，虚拟机会将它们放在连续的空间中，这里涉及到Cache的内容，计算机专业的朋友对这个应该比较熟悉。

在主流的JVM中，Java堆的大小是可拓展的，可以通过参数-Xmx和-Xms设置，当堆无法再扩展且还有对象实例需要分配的时候，JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区(Method Area)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。

对于HotSpot虚拟机来说，在JDK 6之前，运行时常量池是方法区的一部分，同时方法区里面存储了类的元数据(变量名，方法名，访问权限等)，即时编译器编译后的代码(比如spring 使用IOC或者AOP创建bean时，或者使用cglib，反射的形式动态生成class信息等)等。

JDK 7之后，运行时常量池就被移出去了。到了JDK 8，HotSpot完全废除了方法区上的永久代，(JDK 8以前，HotSpot将GC使用永久代来实现方法区，因为容易造成内存溢出)，在本地内存中实现了元空间，把JDK 7中永久代还剩余的内容(主要是类型信息)全部移动到了元空间中

元空间使用的是与堆不相连的本地内存区域，所以理论上系统内存有多大，元空间就有多大，不会出现永久代存在时的内存溢出问题。后面也会专门用一篇文章来介绍元空间的。

运行时常量池

Class文件中有一项是常量池表，用来存放编译器生成的各种字面量与符号引用，字面量包括了文本字符串，final，基本数据类型和其他，符号引用包括了类和结构的完全限定名，字段，方法的名称和描述符等。

这部分内容将会在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。运行时常量池相对于Class文件常量池具有动态性，并非预置入Class文件常量池的内容才能进入运行时常量池，运行期间的新的常量也可以，一个栗子就是String类的intern()方法

直接内存

在JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)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。

参考[1] 深入理解Java虚拟机，周志明