Java虚拟机在执行Java程序过程中会把内存区域划分为若干个不同的数据区域，这些区域各有各自的用途、创建和销毁时间。
Java虚拟机运行时数据区
1.程序计数器
当前线程所执行的字节码的行号指示器，为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置。
程序计数器占用较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，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，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说就是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能够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。
如果线程正在执行Java方法，则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，则这个计数器则为空。
2.Java虚拟机栈
虚拟机栈也是线程私有，而且生命周期与线程相同，每个Java方法在执行的时候都会创建一个栈帧（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**。
0.栈帧概念
栈帧（stack frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。
每一个方法从调用开始到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈里面从入栈到出栈的过程。
对于执行引擎来说，活动线程中，只有栈顶的栈帧是有效的，称为当前栈帧，这个栈帧所关联的方法称为当前方法。执行引擎所运行的所有字节码指令都只针对当前栈帧进行操作。
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1.局部变量表
局部变量表(Local Variable Table)是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内定义的局部变量。
局部变量表的容量以变量槽(Variable Slot)为最小单位，Java虚拟机规范并没有定义一个槽所应该占用内存空间的大小，但是规定了一个槽应该可以存放一个32位以内的数据类型。
在Java程序编译为Class文件时,就在方法的Code属性中的max_locals数据项中确定了该方法所需分配的局部变量表的最大容量。(最大Slot数量)
一个局部变量可以保存一个类型为boolean、byte、char、short、int、float、reference和returnAddress类型的数据。
reference类型表示对一个对象实例的引用。
returnAddress类型是为jsr、jsr_w和ret指令服务的，目前已经很少使用了。
虚拟机通过索引定位的方法查找相应的局部变量，索引的范围是从0~局部变量表最大容量。如果Slot是32位的，则遇到一个64位数据类型的变量(如long或double型)，则会连续使用两个连续的Slot来存储。
虚拟机是使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程的，如果是实例方法（非static），那么局部变量表的第0位索引的Slot默认是用于传递方法所属对象实例的引用，在方法中通过this访问。
Slot是可以重用的，当Slot中的变量超出了作用域，那么下一次分配Slot的时候，将会覆盖原来的数据。Slot对对象的引用会影响GC（要是被引用，将不会被回收）。
系统不会为局部变量赋予初始值（实例变量和类变量都会被赋予初始值）。也就是说不存在类变量那样的准备阶段。
2.操作数栈
虚拟机把操作数栈作为它的工作区
Java虚拟机的解释执行引擎被称为”基于栈的执行引擎”，其中所指的栈就是指－操作数栈。
操作数栈(Operand Stack)也常称为操作栈，它是一个后入先出栈(LIFO)。同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也在编译的时候写入到方法的Code属性的max_stacks数据项中。 和局部变量区一样，操作数栈也是被组织成一个以字长为单位的数组。但是和前者不同的是，它不是通过索引来访问，而是通过标准的栈操作—压栈和出栈—来访问的。
操作数栈的每一个元素可以是任意Java数据类型，32位的数据类型占一个栈容量，64位的数据类型占2个栈容量,且在方法执行的任意时刻，操作数栈的深度都不会超过max_stacks中设置的最大值。
当一个方法刚刚开始执行时，其操作数栈是空的，随着方法执行和字节码指令的执行，会从局部变量表或对象实例的字段中复制常量或变量写入到操作数栈，再随着计算的进行将栈中元素出栈到局部变量表或者返回给方法调用者，也就是出栈/入栈操作。
虚拟机把操作数栈作为它的工作区——大多数指令都要从这里弹出数据，执行运算，然后把结果压回操作数栈。一个完整的方法执行期间往往包含多个这样出栈/入栈的过程。
3.动态链接
在一个class文件中，一个方法要调用其他方法，需要将这些方法的符号引用转化为其在内存地址中的直接引用，而符号引用存在于方法区中的运行时常量池。
Java虚拟机栈中，每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的符号引用，持有这个引用的目的是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。
这些符号引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用时就直接转化为直接引用，这类转化称为静态解析。另一部分将在每次运行期间转化为直接引用，这类转化称为动态连接。
4.方法出口
储存方法执行完成后的返回地址。
当一个方法开始执行时，可能有两种方式退出该方法：
- 正常完成出口
- 异常完成出口
正常完成出口是指方法正常完成并退出，没有抛出任何异常(包括Java虚拟机异常以及执行时通过throw语句显示抛出的异常)。如果当前方法正常完成，则根据当前方法返回的字节码指令，这时有可能会有返回值传递给方法调用者(调用它的方法)，或者无返回值。具体是否有返回值以及返回值的数据类型将根据该方法返回的字节码指令确定。
异常完成出口是指方法执行过程中遇到异常，并且这个异常在方法体内部没有得到处理，导致方法退出。
无论是Java虚拟机抛出的异常还是代码中使用athrow指令产生的异常，只要在本方法的异常表中没有搜索到相应的异常处理器，就会导致方法退出。
无论方法采用何种方式退出，在方法退出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当前栈帧中保存一些信息，用来帮他恢复它的上层方法执行状态。
方法退出过程实际上就等同于把当前栈帧出栈，因此退出可以执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值(如果有的话)压如调用者的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后的下一条指令。
一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数值可以作为返回地址，栈帧中可能保存此计数值。而方法异常退出时，返回地址是通过异常处理器表确定的，栈帧中一般不会保存此部分信息。
局部变量表
Java虚拟机规范中，对该区域规定了这两种异常情况：
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，讲抛出StackOverflowError异常；
- 虚拟机栈可以动态拓展，当扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
3.本地方法栈
本地方法栈跟虚拟机栈的功能基本一致，线程也是私有的，它们的区别是虚拟机栈是为执行Java方法服务的，本地方法栈是为执行本地方法服务的。
5.Java堆
对大多数应用来说，Java堆（Heap）是Java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。该内存区域唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的Java对象实例以及数组都在堆上分配（随着JIT编译器发展等技术成熟，所有对象分配在堆上也渐渐不是那么“绝对”了）。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此Java堆也常被称为“GC堆”，由于现在收集器基于分代收集算法，Java堆还可以细分为：新生代和老年代。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样（或者说，像链表一样虽然内存上不一定连续，但逻辑上是连续）。如果在堆中没有内存完成实例分配，而且堆也没办法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
6.方法区
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，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虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可拓展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就成为了永久代。
该区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。
Java虚拟机规范规定，当方法区无法满足内存分配需求时，讲抛出OutOfMemoryError异常。
7.运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有关类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，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。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另一个重要特征是具备动态性，Java语言并非不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量池放入池中。
8.直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中的定义的内存区域。
JDK1.4中加入NIO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函数直接分配对外内存，然后通过一个存储在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用操作。
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