JVM 系列文章之 Java 的内存区域

运行时数据区域

Java虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。根据《Java 虚拟机规范》将 Java虚拟机所管理的内存分为以下几个运行时数据区域:

• 程序计数器

• Java虚拟机栈

• 本地方法栈

• Java堆

• 方法区

jvm_data

程序计数器

程序计数器 ，也称作 PC寄存器或者指令地址寄存器。在汇编语言中，它保存的是程序当前执行的指令的地址(或者说是保存一条)，当CPU需要执行指令时，需要从程序计数器中得到当前需要执行的指令所在存储单元的地址，然后根据得到的地址获取指令，在得到指令之后，程序计数器便自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址，如此循环，直至执行完所有的指令。

在JVM中，程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取吓一跳需要执行的字节码指令。

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间，一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)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，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，这是 "线程私有的"。

如果线程正在执行的是一个 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，此内存区域是唯一一个在 Java虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同，它描述的是 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)用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。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。至于关于栈帧的具体介绍后续文章再分析。

因为除了栈帧的出栈和入栈之外，Java虚拟机栈不会再受其他因素的影响，所以 栈帧可以在系统的堆中分配(注意，是系统的Heap而不是Java 堆)

JVM保留了两个内存区:Java 堆和本机(或系统堆)。这个堆具有不同的用途，并使用不同的机制进行维护，Java堆就是我下面要将的包含对象实例的"堆",而系统的堆使用操作系统的底层 malloc 和 free机制进行分配，且用于底层实施特定的Java对象。

Java虚拟机栈所使用的内存不需要保证是连续的。

Java虚拟机栈可能发生如下异常情况:

• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出 StackOverflowError 异常

• 如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈)，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出 OutOfMemoryError 异常。

注意： Java虚拟机栈就是栈，也可以成为"堆栈",只是堆栈这种说法容易让人混淆。关于Java虚拟机的堆，栈，堆栈如何去理解这类问题，JVM专家R大也在知乎上对其进行了详细的解答，传送门:  Java虚拟机的堆、栈、堆栈如何去理解？ - RednaxelaFX的回答 - 知乎

本地方法栈

本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行 Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的是 Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言，使用方法与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。

看到这个本地方法栈，总是对本地方法有些疑惑，下面简单说下Native Method：

什么是 Native Method

一个Natvie Method就是一个Java调用非Java代码的接口，它由非Java语言实现，比如C语言

在定义一个 Native Method时，并不提供实现体(有些像定义一个 Java Interface),因为其实现体是由非Java语言在外面实现的,比如:

public class IHaveNatives
    {      native public void Native1( int x ) ;      native static public long Native2() ;      native synchronized private float Native3( Object o ) ;      native void Native4( int[] ary ) throws Exception ;
    }

native方法可以返回任何 Java类型，也能够实现异常控制。

为什么使用Native Method

Java对一些层次的任务用 Java实现不容易，对某些程序效率不高:

• Java与Java外的环境交互:

Java与一些底层系统如操作系统或某些硬件交换信息，native方法提供一个非常简洁的接口，无需了解Java应用之外的细节。

• 与操作系统交互

通过使用本地方法让 Java实现 JRE与底层系统的交互

• Sun'Java

Sun的解释器是用 C实现的，JRE 大部分用 Java实现，其通过一些本地方法与外界交互

所以对于本地方法栈来说，它本质是为本地方法服务的，如果某个虚拟机实现的本地方法接口是使用 C连接模型的话，那么它的本地方法栈就是 C栈。下图展示了一个Java栈和本地方法栈之间的跳转,(图片摘自网络):

作者：pjmike
链接：https://www.jianshu.com/p/325ccdc0cf76