在學習 Java 虛擬機（後面簡稱： JVM ）中的垃圾回收機制（GC）之前，先需要了解 在 JVM 中的 Java 程序（class 文件）加載到內存之後到底是怎麼存的。在閱讀了 JVM規範 和周志明的 《深入理解Java虛擬機（第2版）》 之後，總結一下JVM中的內存劃分以及各個區域的作用。
在JVM規範中定義了5種運行時的數據區域：程序計數器（Program Counter Register）、Java虛擬機棧（JVM Stacks）、堆（Heap）、方法區（Method Area）、運行時常量池（Runtime Constant Pool）、本地方法棧（Native Method Stack）。在周志明的書中還提到了直接內存（Direct Memory），它並不是JVM運行時數據區域的一部分，在JVM的規範中也沒有相關的定義。下面分別來說明各自的用途。
程序計數器
程序計數器，也叫PC Register。它的用途很單一，但是卻是很多功能的基礎。如果線程當前執行的是Native方法，那麼寄存器里的值就是Undefined；如果線程當前執行的是非Native方法，那麼寄存器里的值就是當前執行的JVM位元組碼指令的地址。像我們常用的分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等都依賴於它。
由於JVM支持多個線程同時執行，所以每個線程都有一個獨立的程序計數器，各個線程互不影響，這類內存區域也稱之為 線程私有 的。
Java虛擬機棧
虛擬機棧也是 線程私有 的，隨著一個線程的創建而創建，主要用來存儲棧幀（Stack Frame）。什麼是棧幀呢？在Java中，每個方法在執行時就會先創建一個棧幀並放入虛擬機棧中，在方法執行完畢時再從虛擬機棧中移除該棧幀。它主要用來存儲局部變量表、操作數棧、動態連結、方法出口等信息。我們常說的堆（Heap）和棧（Stack）中的棧，指的就是虛擬機棧。
在JVM規範中並沒有對虛擬機棧空間的大小做限制，可以設置為固定大小的，也可以設置為可擴展的。但是在規範中定義了兩種異常情況：
StackOverflowError
OutOfMemoryError
堆
相比而言，堆在JVM管理的內存區域中屬於最大的一塊，隨著虛擬機的啟動而創建，用來存儲所有的class實例和數組，所有 線程共享 這一區域，該區域也是垃圾回收的主要區域。雖然JVM規範中說所有的對象實例都在該區域分配空間，但是隨著JIT技術的逐步發展，這一說法也不嚴謹了。
堆空間的大小也可以設置為固定大小，或者可擴展的。但不管是何種方式，規範中還是定義了一種異常場景：
方法區
方法區和堆一樣，也是隨著虛擬機啟動而創建，所有 線程共享 ，主要用來存儲被JVM加載的類信息、常量、靜態變量等信息。
JVM規範中並未嚴格要求要對該區域進行垃圾回收，但是HotSpot虛擬機在垃圾回收的時候還是會考慮該區域，在分代垃圾回收中所說的「 永久代 」指的就是方法區。方法區的大小也可以設置為固定大小，或者可擴展的。但不管是何種方式，規範中還是定義了一種異常場景：
運行時常量池
運行時常量池是方法區的一部分，用於存儲編譯期生成的各種字面量和符號引用。在Java中並不要求常量一定只有編譯期才能產生，運行期間也可能將新的常量放入池中，例如 String 類的 intern() 方法。
每個運行時常量池都是隨著一個類或者接口的創建而創建的。在規範中定義了一種異常場景：
本地方法棧
本地方法棧和虛擬機棧類似，也是 線程私有 的，隨著一個線程的創建而創建，只不過虛擬機棧是用來服務Java方法調用，而本地方法棧是用來服務本地方法調用的。
在JVM規範中並沒有對本地方法棧空間的大小做限制，可以設置為固定大小的，也可以設置為可擴展的。在規範中也定義了兩種異常情況：
StackOverflowError
OutOfMemoryError
直接內存 *
直接內存不受虛擬機參數的控制，在NIO中有一種基於通道（Channel）與緩衝區（Buffer)的I/O方式，它可以通過Native方法在堆外分配內存，然後通過DirectByteBuffer對象來引用這塊內存。因為避免了在Java堆和Native堆之間來回複製數據，從而在某些場景中能夠得到性能的提升。一旦使用的直接內存超過了物理內存的總和，則會拋出 OutOfMemoryError 異常。
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