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Java虚拟机运行时数据区域（内存模型）

news 来源：原创 2025/5/9 2:17:45

程序计数器（线程私有内存）

What：程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

程序控制流的指示器，分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

Why：线程为了切换后能够恢复正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储，因此“线程私有”的内存。

无异常情况。

Java虚拟机栈（线程私有内存）

WHat：与程序计数器类似，Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型。虚拟机栈中存放的是叫栈帧的结构。每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

Java虚拟机规范中规定了两类异常情况：

StackOverflowError：线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的最大深度，将会抛出StackOverflowError异常。
OutOfMemoryError（OOM）：如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。（HotSpot虚拟机栈容量不会动态扩展）

本地方法栈（线程私有内存）

本地方法栈和Java虚拟机栈是十分类似的，区别就是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务，而本地方法栈是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。

异常和Java虚拟机栈一样两种异常：StackOverflowError和OutOfMemoryError

Java堆（线程共享区域）

Java堆是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。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。

生命周期：在 JVM 启动时创建，并在 JVM 终止时销毁。

Java堆是垃圾收集器管理的内存区域。

OutOfMemoryError（OOM）：如果Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机会抛出OOM异常。

方法区（线程共享区域）

方法区和Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经被虚拟机加载的类型信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码缓存等数据。

生命周期：在 JVM 启动时创建，并在 JVM 终止时销毁。

方法区与类的加载和卸载相关。

JDK 8 及之后，方法区被称为 Metaspace，存储在本地内存中，而不是 Java 堆内存中。

OutOfMemoryError（OOM）：如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OOM异常。

运行时常量池（线程共享区域）

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本，字段，方法，接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，用于存放编译器生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放发哦方法区的运行时常量池中。

之所以将运行时常量池分开一部分，是因为Java虚拟机规范没有对运行时常量池做要求。

由于是方法区的一部分，因此也会有OOM异常。

直接内存（线程共享区域）

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OOM异常的出现。

jdk1.4中引入了NIO类，引入了一种基于通道与缓冲区的IO方式，他可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，显著提高了一些场景的性能。

当直接内存大于物理内存的时候，也会出现OOM异常。