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         我們都知道虛擬機的內存劃分了多個區(qū)域，并不是一張大餅。那么為什么要劃分為多塊區(qū)域呢，直接搞一塊區(qū)域，所有用到內存的地方都往這塊區(qū)域里扔不就行了？

        是的，如果不進行區(qū)域劃分，扔的時候確實痛快，可用的時候再去找怎么辦呢，這就引入了第一個問題，分類管理，類似于衣柜，系統(tǒng)磁盤等等，為了方便查找，我們會進行分區(qū)分類。另外如果不進行分區(qū)，內存用盡了怎么辦呢?這里就引入了內存劃分的第二個原因，就是為了方便內存的回收。如果不分，回收內存需要全部內存掃描，那就慢死了，內存根據(jù)不同的使用功能分成不同的區(qū)域，那么內存回收也就可以根據(jù)每個區(qū)域的特定進行回收，比如像棧內存中的棧幀，隨著方法的執(zhí)行棧幀進棧，方法執(zhí)行完畢就出棧了，而對于像堆內存的回收就需要使用經(jīng)典的回收算法來進行回收了，所以看起來分類這么麻煩，其實是大有好處的。

　　提到虛擬機的內存結構，可能首先想起來的就是堆棧。對象分配到堆上，棧上用來分配對象的引用以及一些基本數(shù)據(jù)類型相關的值。但是·虛擬機的內存結構遠比此要復雜的多。除了我們所認識的(還沒有認識完全)的堆棧以外，還有程序計數(shù)器，本地方法棧和方法區(qū)。我們平時所說的棧內存，一般是指的棧內存中的局部變量表。下面是官方所給的虛擬機的內存結構圖

　　從圖中可以看到有5大內存區(qū)域，按照是否被線程所共享可分為兩部分，一部分是線程獨占區(qū)域，包括Java棧，本地方法棧和程序計數(shù)器。還有一部分是被線程所共享的，包括方法區(qū)和堆。什么是線程共享和線程獨占呢，非常好理解，我們知道每一個Java進行都會有多個線程同時運行，那么線程共享區(qū)的這片區(qū)域就是被所有線程一起使用的，不管有多少個線程，這片空間始終就這一個。而線程的獨占區(qū)，是每個線程都有這么一份內存空間，每個線程的這片空間都是獨有的，有多少個線程就有多少個這么個空間。上圖的區(qū)域的大小并不代表實際內存區(qū)域的大小，實際運行過程中，內存區(qū)域的大小也是可以動態(tài)調整的。下面來具體說說每一個區(qū)域的主要功能。

　　程序計數(shù)器，我們在寫代碼的過程中，開發(fā)工具一般都會給我們標注行號方便查看和閱讀代碼。那么在程序在運行過程中也有一個類似的行號方便虛擬機的執(zhí)行，就是程序計數(shù)器，在c語言中，我們知道會有一個goto語句，其實就是跳轉到了指定的行，這個行號就是程序計數(shù)器。存儲的就是程序下一條所執(zhí)行的指令。這部分區(qū)域是線程所獨享的區(qū)域，我們知道線程是一個順序執(zhí)行流，每個線程都有自己的執(zhí)行順序，如果所有線程共用一個程序計數(shù)器，那么程序執(zhí)行肯定就會出亂子。為了保證每個線程的執(zhí)行順序，所以程序計數(shù)器是被單個線程所獨顯的。程序計數(shù)器這塊內存區(qū)域是唯一一個在jvm規(guī)范中沒有規(guī)定內存溢出的。

　　java虛擬機棧，java虛擬機棧是程序運行的動態(tài)區(qū)域，每個方法的執(zhí)行都伴隨著棧幀的入棧和出棧。 棧幀也叫過程活動記錄，是編譯器用來實現(xiàn)過程/函數(shù)調用的一種數(shù)據(jù)結構。棧幀中包括了局部變量表，操作數(shù)棧，方法返回地址以及額外的一些附加信息，在編譯過程中，局部變量表的大小已經(jīng)確定，操作數(shù)棧深度也已經(jīng)確定，因此棧幀在運行的過程中需要分配多大的內存是固定的，不受運行時影響。對于沒有逃逸的對象也會在棧上分配內存，對象的大小其實在運行時也是確定的，因此即使出現(xiàn)了棧上內存分配，也不會導致棧幀改變大小。

　　一個線程中，可能調用鏈會很長，很多方法都同時處于執(zhí)行狀態(tài)。對于執(zhí)行引擎來講，活動線程中，只有棧頂?shù)臈亲钣行У模Q為當前棧幀，這個棧幀所關聯(lián)的方法稱為當前方法。執(zhí)行引擎所運行的字節(jié)碼指令僅對當前棧幀進行操作。

　　局部變量表：我們平時所說的棧內存一般就是指棧內存中的局部變量表。這里主要是存儲變量所用。對于基本數(shù)據(jù)類型直接存儲其值，對于引用數(shù)據(jù)類型則存儲其地址。局部變量表的最小存儲單位是Slot，每個Slot都能存放一個boolean、byte、char、short、int、float、reference或returnAddress類型的數(shù)據(jù)。

　　既然前面提到了數(shù)據(jù)類型，在此順便說一下，一個Slot可以存放一個32位以內的數(shù)據(jù)類型，Java中占用32位以內的數(shù)據(jù)類型有boolean、byte、char、short、int、float、reference和returnAddress八種類型。前面六種不需要多解釋，大家都認識，而后面的reference是對象的引用。虛擬機規(guī)范既沒有說明它的長度，也沒有明確指出這個引用應有怎樣的結構，但是一般來說，虛擬機實現(xiàn)至少都應當能從此引用中直接或間接地查找到對象在Java堆中的起始地址索引和方法區(qū)中的對象類型數(shù)據(jù)。而returnAddress是為字節(jié)碼指令jsr、jsr_w和ret服務的，它指向了一條字節(jié)碼指令的地址。

　　對于64位的數(shù)據(jù)類型，虛擬機會以高位在前的方式為其分配兩個連續(xù)的Slot空間。Java語言中明確規(guī)定的64位的數(shù)據(jù)類型只有l(wèi)ong和double兩種(reference類型則可能是32位也可能是64位)。值得一提的是，這里把long和double數(shù)據(jù)類型讀寫分割為兩次32讀寫的做法類似。不過，由于局部變量表建立在線程的堆棧上，是線程私有的數(shù)據(jù)，無論讀寫兩個連續(xù)的Slot是否是原子操作，都不會引起數(shù)據(jù)安全問題。

　　操作數(shù)棧是一個后入先出(Last In First Out, LIFO)棧。同局部變量表一樣，操作數(shù)棧的最大深度也在編譯的時候被寫入到字節(jié)碼文件中，關于字節(jié)碼文件，后面我會具體的來描述。操作數(shù)棧的每一個元素可以是任意的Java數(shù)據(jù)類型，包括long和double。32位數(shù)據(jù)類型所占的棧容量為1，64位數(shù)據(jù)類型所占的棧容量為2。在方法執(zhí)行的任何時候，操作數(shù)棧的深度都不會超過在max_stacks數(shù)據(jù)項中設定的最大值。

　　當一個方法剛剛開始執(zhí)行的時候，這個方法的操作數(shù)棧是空的，在方法的執(zhí)行過程中，會有各種字節(jié)碼指令向操作數(shù)棧中寫入和提取內容，也就是入棧出棧操作。例如，在做算術運算的時候是通過操作數(shù)棧來進行的，又或者在調用其他方法的時候是通過操作數(shù)棧來進行參數(shù)傳遞的。

　　舉個例子，整數(shù)加法的字節(jié)碼指令iadd在運行的時候要求操作數(shù)棧中最接近棧頂?shù)膬蓚€元素已經(jīng)存入了兩個int型的數(shù)值，當執(zhí)行這個指令時，會將這兩個int值和并相加，然后將相加的結果入棧。

　　操作數(shù)棧中元素的數(shù)據(jù)類型必須與字節(jié)碼指令的序列嚴格匹配，在編譯程序代碼的時候，編譯器要嚴格保證這一點，在類校驗階段的數(shù)據(jù)流分析中還要再次驗證這一點。再以上面的iadd指令為例，這個指令用于整型數(shù)加法，它在執(zhí)行時，最接近棧頂?shù)膬蓚€元素的數(shù)據(jù)類型必須為int型，不能出現(xiàn)一個long和一個float使用iadd命令相加的情況。

　　本地方法棧 與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法(也就是字節(jié)碼)服務，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的Native方法服務。虛擬機規(guī)范中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數(shù)據(jù)結構并沒有強制規(guī)定，因此具體的虛擬機可以自由實現(xiàn)它。甚至有的虛擬機(譬如Sun HotSpot虛擬機)直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。與虛擬機棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

　　方法區(qū)經(jīng)常會被人稱之為永久代，但這倆并不是一個概念。首先永久代的概念僅僅在HotSpot虛擬機中存在，不幸的是，在jdk8中，Hotspot去掉了永久代這一說法，使用了Native Memory，也就是Metaspace空間。那么方法區(qū)是干嘛的呢?我們可以這么理解，我們要運行Java代碼，首先需要編譯，然后才能運行。在運行的過程中，我們知道首先需要加載字節(jié)碼文件。也就是說要把字節(jié)碼文件加載到內存中。好了，問題就來了，字節(jié)碼文件放到內存中的什么地方呢，就是方法區(qū)中。當然除了編譯后的字節(jié)碼之外，方法區(qū)中還會存放常量，靜態(tài)變量以及及時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

堆，一般來講堆內存是Java虛擬機中最大的一塊內存區(qū)域，同方法區(qū)一樣，是被所有線程所共享的區(qū)域。此區(qū)域所存在的唯一目的就存放對象的實例(對象實例并不一定全部在堆中創(chuàng)建)。堆內存是垃圾收集器主要光顧的區(qū)域，一般來講根據(jù)使用的垃圾收集器的不同，堆中還會劃分為一些區(qū)域，比如新生代和老年代。新生代還可以再劃分為Eden，Survivor等區(qū)域。另外為了性能和安全性的角度，在堆中還會為線程劃分單獨的區(qū)域，稱之為線程分配緩沖區(qū)。更細致的劃分是為了讓垃圾收集器能夠更高效的工作，提高垃圾收集的效率。

以上就是虛擬機的內存結構的內容了。