JVM 学习笔记（二）：Java 堆、Java 栈、方法区

Java 堆

Java 堆是和 Java 应用程序关系最为密切的内存空间，几乎所有的对象都存放在堆中。并且 Java 堆是完全自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会被自动清理，而不需要显式地释放。

根据垃圾回收机制的不同，Java 堆有可能拥有不同的结构。最为常见的一种构成是将整个 Java 堆分为新生代和老年代。其中，新生代存放新生对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。

新生代有可能分为 eden 区、s0 区、s1 区，s0 和 s1 也被称为 from 和 to 区域，他们是两块大小相等、可以互换角色的内存空间。

在绝大多数的情况下，对象首先分配在 eden 区，在一次新生代回收后，如果对象还存活，则会进入 s0 或者 s1，之后，每经过一次新生代回收，对象如果存活，它的年龄就会加一。当对象的年龄达到一定条件后，就会被认为是老年对象，从而进入老年代。

Java 栈

Java 栈是一块线程私有的内存空间。如果说，Java 堆和程序数据密切相关，那么 Java 栈就是和线程执行密切相关的。线程执行的基本行为是函数调用，每次函数调用的数据都是通过 Java 栈传递的。

Java 栈与数据结构上的栈有着类似的含义，它是一块先进后出的数据结构，只支持出栈和入栈两种操作。在 Java 栈中保存的主要内容为栈帧。每一个函数调用，都会有一个对应的栈帧被压入 Java 栈，每一个函数调用结束，都会有一个栈帧被弹出 Java 栈。

在一个栈帧中，至少要包含局部变量表、操作数栈和帧数据区几个部分。

由于每次函数调用都会生成对应的栈帧，从而占用一定的栈空间，因此，如果栈空间不足，那么函数调用自然无法继续进行下去。当请求的栈深度大于最大可用栈深度时，系统就会抛出 StackOverflowError 栈溢出错误。

Java 虚拟机提供了参数 -Xss 来指定线程的最大栈空间，这个参数也直接决定了函数调用的最大深度。

局部变量表

它用于保存函数的参数以及局部变量。局部变量表中的变量只在当前函数调用中有效，当函数调用结束后，随着函数栈帧的销毁，局部变量表也随之销毁。由于局部变量表在栈帧中，因此，如果函数的参数和局部变量较多，会使得局部变量表膨胀，从而每次函数调用就会占用更多的栈空间，最终导致函数的嵌套调用次数减少。

操作数栈

它主要用户保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

帧数据区

Java 栈帧需要一些数据来支持常量池的解析、正常方法返回和异常处理等。大部分 Java 字节码指令需要进行常量池的访问，在帧数据区中保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池。此外，当函数返回或者出现异常时，虚拟机必须恢复调用者函数的栈帧，并让调用者函数继续执行下去。对于异常处理，虚拟机必须有一个异常处理表，方便在发生异常的时候找到处理异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区中重要的一部分。

栈上分配

栈上分配是 Java 虚拟机提供的一项优化技术，它的基本思想是，对于那些线程私有的对象（这里指不可能被其他线程访问的对象），可以将它们打散分配在栈上，而不是分配在堆上。分配在栈上的好处是可以在函数调用结束后自行销毁，而不需要垃圾回收器的介入，从而提高系统的性能。

方法区

和 Java 堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域。它用户保存系统的类信息，比如类的字段、方法、常量池等。方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误。

在 JDK 1.6 和 JDK 1.7 中，方法区可以理解为永久区（Perm）。永久区可以使用参数 -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 指定，默认情况下，-XX:MaxPermSize 为 64MB。

Java 堆、Java 栈、方法区的关系