深入理解虚拟机，JVM高级特性-自动内存管理机制

什么是自动内存管理机制？

对于java程序员来说，有一点是要比C/C++程序员要方便的，那就是程序在运行时，java程序不需要为每一个对象其编写对应的释放内存的代码，JVM虚拟机将为你在合适的时间去释放内存空间，程序不容易出现内存泄漏和内存溢出问题，这就是JVM的自动内存管理机制。而也正是因为我们将内存控制权交给了虚拟机，如果我们不了解虚拟机是怎样使用内存，错误排查将会是一项艰难的工作。

在我们了解JVM如何管理内存之前，有必要了解一下JVM运行时的数据区域

程序计数器：

程序计数器是一块较小的空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码文件的行号指令器。在虚拟机的概念里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器来选取下一条需要执行的字节码指令，分支，循环，跳转，异常处理都需要依赖这个计数器来完成。

由于java虚拟机的多线程是由线程轮流切换执行时间来实现的，一个处理器在某一段时间都执行一条线程中的指令，因此为了切换执行后恢复到正确的位置，每条线程都需要一个独立的计数器，各个线程互不影响，这类内存区域为线程私有的内存。

Java虚拟机栈：

与程序计数器一样，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。

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：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异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常！

本地方法栈：

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行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栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如SunHotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆：

对于大多数应用来说，Java堆（JavaHeap）是Java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，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、FromSurvivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度来看，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。不过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。

根据Java虚拟机规范的规定，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即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既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来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

小结：

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。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。