Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。这一章就是给大家介绍Java虚拟机内存的各个区域，讲解这些区域的作用，服务对象以及其中可能产生的问题。

1.运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。

1.1程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型中里，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，线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。我们可以通过eclipse工具，查看编译后的代码指令，看到每一条指令前都有一个数字，这个数字就是程序计数器所需要记录的数字。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器只会执行一条程序中的指令。因此线程切换后能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，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

1.2Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）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：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（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。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个帧栈在虚拟机栈到出栈过程。

局部变量表存放了编译期可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）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

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；虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

1.3本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈作为执行Java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

1.4Java堆

Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称作“GC堆（GarbageCollected Heap）”。由于现在垃圾收集器基本都是采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；在细致一点的有Eden空间，Form Survivor 空间，To Survivor 空间等。

Java堆无法扩展空间的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常。

1.5方法区

方法区（Method Area）与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，几时编译器编译后的代码等数据。很多人愿意把方法区称之为“永久代”，因为相对而言，垃圾收集行为在这个区域比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在。

1.6运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中处理有类的版本信息，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），用于存放编译期生成各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

运行时常量池无法扩展空间的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常。

1.7直接内存

直接内容（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

2.对象访问

对象访问会涉及Java栈，Java堆，方法区这三个重要的内存区域之间的关联关系，如下面的这句代码：

Object obj = new Object();

假设这句代码出现在方法体中，那“Object obj”这部分的语义将会反映到Java栈的本地变量表中，作为一个Reference类型数据出现，而“new Object()”这部分的语义将会反映到Java堆中，形成一块存储了Object类型所实例数据值的结构化内存。

不同的虚拟机实现对象访问的方式不一样，主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针。

通过句柄访问对象

通过直接指针访问对象

这两种对象的访问方式各有好处，使用句柄访问方式最大的好处就是Reference中存存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只需改变句柄中的实例数据指针，而Reference本身不需要修改。使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销。