java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域。程序计数器（Program Counter Register）
是一块较小的内存空间，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。每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称此类内存区域为线程私有的内存。如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError（以下会简写成OOMError）情况的区域。
- 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（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器可知的各种基本数据类型、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。这块区域不需要进行 GC。
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OOMError异常。
- 与虚拟机栈功能非常类似，主要区别在于虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法时服务，而本地方法栈为虚拟机执行本地方法时服务的。这块区域不需要进行 GC。
- 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（愿意深究的可以去了解一下为什么不是所有）实例都在这里分配内存。Java堆时垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆“（Garbage Collected Heap）。
在Java虚拟机规范的规定：
1. 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。
2. 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OOMError异常。
- 各个线程共享的内存区域。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。对于HotSpot虚拟机来说，虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区。不过已有放弃永久代并逐步改为采用Native Memory来实现方法区的规划了。在目前已经发布的JDK1.7的HotSpot中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出。在目前已经发布的JDK1.8的HotSpot中，已经没有 “PermGen space”这个区间了，取而代之是一个叫做 metaspace（元空间） 的东西。
在Java虚拟机规范的规定：
- 方法区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。可以选择不实现垃圾收集。当方法区无法满足内存分配需求时，将会抛出OOMError异常。
- 运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OOMError异常。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（Constant Pool Table），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。Java虚拟机对Class文件每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行，但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求。一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。Java语言并不要求常量一定只有编译期才能生成，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern() 方法（intern()方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用）。
- 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。直接内存在Java中使用案例：在JDK1.4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，它可以使用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。有兴趣的可以了解一下 零拷贝技术本地直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制。本地直接内存会受到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），导致动态扩展时出现OOMError异常。
有兴趣的可以参考 这篇文章。
HotSpot虚拟机对象探秘 对象的创建 对象的创建过程是怎样的？（必须要记下来的知识点）- 首先去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。类加载检查通过后，虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头）。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头之中。根据虚拟机当前的运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。在上面的工作都完成之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但从Java程序的视角来看，对象创建才刚刚开始—— init方法还没有执行，所有的字段都还为零。
整个过程中，有如下几个问题还需要继续探究：
虚拟机为新生对象分配内存，是怎么分配的？
两种分配方式：
指针碰撞（Bump the Pointer）：假设Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。
空闲列表（Free List）：假设Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交替，虚拟机必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可以的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。
选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。所以，在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，系统采用空闲列表。
对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，如何保证在并发情况下的线程安全呢？
线程不安全案例：正在给A对象分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原本的指针来分配内存。解决方案有两种：
- 对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过 -XX:+/-UseTLAB参数来设定。
在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域： 对象头（Header）、 实例数据（Instance Data）、 对齐填充（Padding）。HotSpot虚拟机的对象头
对象头包括两部分信息：
第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，官方称它为“Mark Word“。另外一部分时类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
可以整理出来的问题有：
- Mark Word 中需要存储的运行时数据很多，其实已经超出了32bit和64bit结构所能记录的限度，是怎么解决的呢？
Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存存储尽量多的信息，它会根据对象的状态复用自己的存储空间。
举例讨论在32位的HotSpot虚拟机中，Mark Word的32bit空间中，25bit存储对象哈希码，4bit存储对象分代年龄，2bit用于存储锁标志位，1bit固定为0。（有兴趣可以了解一下64位的例子）
对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。HotSpot虚拟机的对齐填充
对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。 因为HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。
