Java运行时数据区域的划分
Java虚拟机在执行程序过程中会把它所管理的内存划分为几个不同的数据区域。这些区域各自都有各自的用途，以及创建和销毁时间。有的区域随着虚拟机启动而存在，而有些区域依赖用户线程的启动和结束而创建和销毁。根据《Java虚拟机规范（Java SE 7版）》的规定，JVM所管理的内存将会划分为以下几个数据区域：
1.程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存区域，可以看做是当前程序执行字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础都需要这个计数器来完成。由于java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换获取CPU执行时间的方式实现的，在任何时刻，一个处理器（对于多核CPU来说是一个核）都只会执行一个线程中指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的位置执行，每条线程都需要一个独立程序计数器，线程之间独立存储不相互影响，我们称这类内存区域为线程私有的内存。如果线程正在执行一个java方法，那么这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码的地址；如果正在执行的Native方法，这个计数器的值为空（Undefined）。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。
2.虚拟机栈
和程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法执行的时候会创建一个栈帧（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。这里的虚拟机栈其实就是我们平时所讲的java内存区中“堆”“栈”内存中的“栈”。局部变量表存放了编译器已知的各种基本数据类型（boolean，byte，char，short，int，float，long，double）、对象引用（reference类型，它不等同对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其他的数据类型只占用一个。局部变量表所占用的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，给这个方法分配多大的局部内存空间是确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。在Java虚拟机规范中，对这个区域规定两种异常情况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError的异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大多数的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），如果扩展无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError的异常。
3.本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用非常类型，只不过是虚拟机栈是为虚拟机执行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Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法使用的语言、使用方式和数据结构并没有强制的规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。和虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
4.Java堆
对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有的线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动的时候创建。此内存区域的唯一目的就是存在对象实例，几乎所有的对象实例都是在这里分配的。这一点Java虚拟机规范描述的是：所有的对象实例和数组都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些变化发生，所有的对象都在堆上分配也不是那么绝对。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，所以有时也称为GC堆。从内存回收的角度来看，由于现在的收集器基本都采用分代回收算法，所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代，再细致一点新生代又可以分为：Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间。从内从的分配角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Threal Local Allocation Buffer,TLAB）。不过无论怎么划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储仍然都是对象的实例，进一步划分是为了更好的回收内存，或更快的分配内存。根据Java虚拟机规范规定，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就行，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，即可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展的方式实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，就会抛出OutOfMemoryError异常。
5.方法区
方法区（Method Area）和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信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开。对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的程序员来说，很多人都把方法区成为永久代（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说用永久代来实现方法区而已，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，能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机来说不存在永久代的概念。Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续内存和可以选择固定大小或者可扩展大小外，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像永久代的名字一样永久存在。这个区域的内存回收主要是针对常量池的回收和类型的卸载，一般来说，这个区域的回收成绩并不令人满意，尤其类型的卸载，条件相当苛刻，但是这个区域的垃圾回收还是必要的。根据Java虚拟机规范规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError.
6.运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有的类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放在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。Java虚拟机对Class文件每一部分（自然包括常量池）的格式都有严格规定，每一个字节用于存储哪种数据类型都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行，但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节上的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征就是具备动态性，Java语言并不要求常量只有在编译期才能产生，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常量池，运行期间也可能将新的常量放入常量池中，这中特性被开发人员利用的比较多就是String的intern()放发。既然运行时常量池也是方法区的一部分，自然也受到方法区内存的限制，当运行时常量池和无法申请到内存时就会抛出OutOfMemoryError异常。
7.直接内存
直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且和可能导致OutOfMemoryError异常的出现。在JDK 1.4中加入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函数库分配堆外内存，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进行操作。这样在一些场景能显著提升性能，因为避免在Java堆和Native堆中来回复制数据。显然本机直接内存不会受到Java堆的大小的限制，但是，既然是内存，肯定是收到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。
