Java内存区域及其生命周期

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分为若干不同的数据区域，包括以下几个数据区域：

1. 程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码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命令，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。
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刻，虚拟机都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各条线程间互不影响，独立存储，这类内存区域称为“线程私有”的内存。

2. Java 虚拟机栈

与程序计数器一样，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。Java 虚拟机栈描述的是 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。
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）、对象引用和 returnAddress 类型。
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，其余的数据类型占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

3. 本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈作用相似，只不过虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。

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，用来存放对象实例。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。
Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域。从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以 Java 堆中还可细分为：新生代和老年代，再细致一点的有 Eden 空间、Form Survivor 空间、To Survivor 空间等。从内存分配角度来看，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（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。不过无论怎么划分，存储的仍然是对象实例。进一步划分是为了更好的回收内存或更快的分配内存。
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即可。

5. 方法区

方法区与 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、静态常量、即时编译器编译后的代码等数据。

6. 运行时常量池

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，用于存放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。

7. 直接内存

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。
在 JDK 1.4 中新加入了 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 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。