jvm 运行时内存布局

按 java 8 虚拟机规范的原始表达：(jvm)Run-Time Data Areas, 暂时翻译为“jvm 运行时内存布局”。

从概念上大致分为 6 个（逻辑）区域，参考下图。注：Method Area 中还有一个常量池区，图中未明确标出。

这 6 块区域按是否被线程共享，可以分为两大类：

一类是每个线程所独享的：

1）PC Register：也称为程序计数器， 记录每个线程当前执行的指令信。eg：当前执行到哪一条指令，下一条该取哪条指令。

2）JVM Stack：也称为虚拟机栈，记录每个栈帧（Frame）中的局部变量、方法返回地址等。注：这里出现了一个新名词“栈帧”，它的结构如下：

线程中每次有方法调用时，会创建 Frame，方法调用结束时 Frame 销毁。

3）Native Method Stack：本地 (原生) 方法栈，顾名思义就是调用操作系统原生本地方法时，所需要的内存区域。

上述 3 类区域，生命周期与 Thread 相同，即：线程创建时，相应的区域分配内存，线程销毁时，释放相应内存。

另一类是所有线程共享的：

1）Heap：即鼎鼎大名的堆内存区，也是 GC 垃圾回收的主站场，用于存放类的实例对象及 Arrays 实例等。

2）Method Area：方法区，主要存放类结构、类成员定义，static 静态成员等。

3）Runtime Constant Pool：运行时常量池，比如：字符串，int -128~127 范围的值等，它是 Method Area 中的一部分。

Heap、Method Area 都是在虚拟机启动时创建，虚拟机退出时释放。

注：Method Area 区，虚拟机规范只是说必须要有，但是具体怎么实现（比如: 是否需要垃圾回收? ），交给具体的 JVM 实现去决定，逻辑上讲，视为 Heap 区的一部分。所以，如果你看见类似下面的图，也不要觉得画错了。

上述 6 个区域，除了 PC Register 区不会抛出 *Error 或 OutOfMemoryError ，其它 5 个区域，当请求分配的内存不足时，均会抛出 OutOfMemoryError（即：OOM），其中 thread 独立的 JVM Stack 区及 Native Method Stack 区还会抛出 *Error。

最后，还有一类不受 JVM 虚拟机管控的内存区，这里也提一下，即：堆外内存。

可以通过 Unsafe 和 NIO 包下的 DirectByteBuffer 来操作堆外内存。如上图，虽然堆外内存不受 JVM 管控，但是堆内存中会持有对它的引用，以便进行 GC。

提一个问题：总体来看，JVM 把内存划分为“栈 (stack)”与“堆 (heap)”两大类，为何要这样设计？

个人理解，程序运行时，内存中的信息大致分为两类，一是跟程序执行逻辑相关的指令数据，这类数据通常不大，而且生命周期短；一是跟对象实例相关的数据，这类数据可能会很大，而且可以被多个线程长时间内反复共用，比如字符串常量、缓存对象这类。

将这两类特点不同的数据分开管理，体现了软件设计上“模块隔离”的思想。好比我们通常会把后端 service 与前端 website 解耦类似，也更便于内存管理。