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理解JVM運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)是Java編程中的進(jìn)階部分。我們?cè)陂_(kāi)發(fā)中都遇到過(guò)一個(gè)很頭疼的問(wèn)題就是OutOfMemoryError（內(nèi)存溢出錯(cuò)誤），但是如果我們了解JVM的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)和其運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)的工作機(jī)制，那么前面的問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。在這片文章中，我們將簡(jiǎn)單了解JVM中有哪些運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)以及這些數(shù)據(jù)區(qū)的工作機(jī)制。

JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)分類

• 程序計(jì)數(shù)器 (Program Counter (PC) Register)
• JVM棧 (Java Virtual Machine Stacks)
• 堆內(nèi)存 (Heap Memory)
• 方法區(qū) (Method Area)
• 運(yùn)行時(shí)常量池 (Run-time Constant Pool)
• 本地方法棧 (Native Method Stacks)

有圖才能說(shuō)

按線程持有劃分

查看上面的圖，可以得知以上六個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)其實(shí)線程私有還是共享，可以分為如下兩種。

• 單個(gè)線程私有(Managed Per-Thread) 屬于這一種的數(shù)據(jù)區(qū)包含 程序計(jì)數(shù)器， JVM棧還有本地方法棧。 每個(gè)線程都私有這三個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，這些數(shù)據(jù)區(qū)在其所屬的線程創(chuàng)建時(shí)初始化，并隨著所屬線程結(jié)束被銷毀。
• 多個(gè)線程共享 屬于這一種的數(shù)據(jù)區(qū)包含 堆內(nèi)存，方法區(qū)和運(yùn)行時(shí)常量池。這些數(shù)據(jù)區(qū)可以被每一個(gè)線程訪問(wèn)，他們隨著JVM啟動(dòng)而初始化，同時(shí)伴隨JVM關(guān)閉而銷毀。

程序計(jì)數(shù)器

在通用的計(jì)算機(jī)體系中，程序計(jì)數(shù)器用來(lái)記錄當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，在JVM中也是如此。程序計(jì)數(shù)器是線程私有，所以當(dāng)一個(gè)新的線程創(chuàng)建時(shí)，程序計(jì)數(shù)器也會(huì)創(chuàng)建。由于Java是支持多線程，Java中的程序計(jì)數(shù)器用來(lái)記錄當(dāng)前線程中正在執(zhí)行的指令。如果當(dāng)前正在執(zhí)行的方法是本地方法，那么此刻程序計(jì)數(shù)器的值為undefined。注意這個(gè)區(qū)域是唯一一個(gè)不拋出OutOfMemoryError的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)。

JVM棧

在介紹JVM棧之前，簡(jiǎn)單介紹一個(gè)概念，棧幀

棧幀

一個(gè)棧幀隨著一個(gè)方法的調(diào)用開(kāi)始而創(chuàng)建，這個(gè)方法調(diào)用完成而銷毀。棧幀內(nèi)存放者方法中的局部變量，操作數(shù)棧等數(shù)據(jù)。

JVM棧只對(duì)棧幀進(jìn)行存儲(chǔ)，壓棧和出棧操作。棧內(nèi)存的大小可以有兩種設(shè)置，固定值和根據(jù)線程需要?jiǎng)討B(tài)增長(zhǎng)。在JVM棧這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)可能會(huì)發(fā)生拋出兩種錯(cuò)誤。

• StackOverflowError 出現(xiàn)在棧內(nèi)存設(shè)置成固定值的時(shí)候，當(dāng)程序執(zhí)行需要的棧內(nèi)存超過(guò)設(shè)定的固定值會(huì)拋出這個(gè)錯(cuò)誤。
• OutOfMemoryError 出現(xiàn)在棧內(nèi)存設(shè)置成動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的時(shí)候，當(dāng)JVM嘗試申請(qǐng)的內(nèi)存大小超過(guò)了其可用內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出這個(gè)錯(cuò)誤。

堆數(shù)據(jù)區(qū)

堆數(shù)據(jù)區(qū)是用來(lái)存放對(duì)象和數(shù)組（特殊的對(duì)象）。堆內(nèi)存由多個(gè)線程共享。堆內(nèi)存隨著JVM啟動(dòng)而創(chuàng)建。眾所周知，Java中有一個(gè)很好的特性就是自動(dòng)垃圾回收。垃圾回收就操作這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)來(lái)回收對(duì)象進(jìn)而釋放內(nèi)存。如果堆內(nèi)存剩余的內(nèi)存不足以滿足于對(duì)象創(chuàng)建，JVM會(huì)拋出OutOfMemoryError錯(cuò)誤。

方法區(qū)

在JVM規(guī)范中，方法區(qū)被視為堆內(nèi)存的一個(gè)邏輯部分。這一點(diǎn)可能由于具體的JVM實(shí)現(xiàn)而不同，甚至在方法區(qū)不實(shí)現(xiàn)垃圾回收處理也是可以的。方法區(qū)和堆內(nèi)存一樣被多個(gè)線程訪問(wèn)，方法區(qū)中存放類的信息，比如類加載器引用，屬性，方法代碼和構(gòu)造方法和常量等。當(dāng)方法區(qū)的可用內(nèi)存無(wú)法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)，JVM會(huì)拋出OutOfMemoryError錯(cuò)誤。

運(yùn)行時(shí)常量池

運(yùn)行時(shí)常量池創(chuàng)建在方法區(qū)，當(dāng)一個(gè)類或者一個(gè)接口被創(chuàng)建的時(shí)候，JVM會(huì)創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)行時(shí)常量池。一個(gè)運(yùn)行時(shí)常量池實(shí)際上是一個(gè)類或者接口的class文件中常量池表（constant_pool table）的運(yùn)行時(shí)展示形式。一個(gè)運(yùn)行時(shí)常量池包含了多種類型的常量，從諸如運(yùn)行時(shí)可以確定的數(shù)值型字面量到運(yùn)行時(shí)才能決定的方法和屬性引用。當(dāng)運(yùn)行時(shí)常量池?zé)o法滿足于內(nèi)存分配需求時(shí)，JVM會(huì)拋出OutOfMemoryError錯(cuò)誤。

本地方法棧

一個(gè)支持native方法調(diào)用的JVM實(shí)現(xiàn)，需要有這樣一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，就是本地方法棧，Java官方對(duì)于本地方法的定義為methods written in a language other than the Java programming language，就是使用非Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的方法，但是通常我們指的一般為C或者C++，因此這個(gè)棧也有著C棧這一稱號(hào)。一個(gè)不支持本地方法執(zhí)行的JVM沒(méi)有必要實(shí)現(xiàn)這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域。本地方法?；竞蚃VM棧一樣，其大小也是可以設(shè)置為固定值或者動(dòng)態(tài)增加，因此也會(huì)對(duì)應(yīng)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError錯(cuò)誤。

譯文信息

• 原文出處Java JVM Run-time Data Areas 原文有些東西偏于隱晦，譯文有這方面的修改。
• 翻譯文章參考Chapter 2. The Structure of the Java Virtual Machine

注：本文介紹JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)相對(duì)比較概括，以后會(huì)有更加詳細(xì)的針對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的介紹。