2.2 運行時數(shù)據(jù)區(qū)域
Java虛擬機在執(zhí)行Java程序的過程中會把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時間，有的區(qū)域隨著虛擬機進程的啟動而一直存在，有些區(qū)域則是依賴用戶線程的啟動和結(jié)束而建立和銷毀。根據(jù)《Java虛擬機規(guī)范》的規(guī)定，Java虛擬機所管理的內(nèi)存將會包括以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)域，如圖2-1所示。

2.2.1 程序計數(shù)器
程序計數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。在Java虛擬機的概念模型里[1]，字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，它是程序控制流的指示器，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處
理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。
由于Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換、分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內(nèi)核）都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間計數(shù)器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存。
如果線程正在執(zhí)行的是一個Java方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是本地（Native）方法，這個計數(shù)器值則應(yīng)為空（Undefined）。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在《Java虛擬機規(guī)范》中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

2.2.2 Java虛擬機棧
與程序計數(shù)器一樣，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stack）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的線程內(nèi)存模型：每個方法被執(zhí)行的時候，Java虛擬機都會同步創(chuàng)建一個棧幀[1]（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)連接、方法出口等信
息。每一個方法被調(diào)用直至執(zhí)行完畢的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。
經(jīng)常有人把Java內(nèi)存區(qū)域籠統(tǒng)地劃分為堆內(nèi)存（Heap）和棧內(nèi)存（Stack），這種劃分方式直接繼承自傳統(tǒng)的C、C++程序的內(nèi)存布局結(jié)構(gòu)，在Java語言里就顯得有些粗糙了，實際的內(nèi)存區(qū)域劃分要比這更復(fù)雜。不過這種劃分方式的流行也間接說明了程序員最關(guān)注的、與對象內(nèi)存分配關(guān)系最密切的區(qū)域是“堆”和“棧”兩塊。其中，“堆”在稍后筆者會專門講述，而“棧”通常就是指這里講的虛擬機棧，或者更多的情況下只是指虛擬機棧中局部變量表部分。
局部變量表存放了編譯期可知的各種Java虛擬機基本數(shù)據(jù)類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型，它并不等同于對象本身，可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?#xff0c;也可能是指向一個代表對象的句柄或者其他與此對象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。
這些數(shù)據(jù)類型在局部變量表中的存儲空間以局部變量槽（Slot）來表示，其中64位長度的long和double類型的數(shù)據(jù)會占用兩個變量槽，其余的數(shù)據(jù)類型只占用一個。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進入一個方法時，這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。請讀者注意，這里說的“大小”是指變量槽的數(shù)量，虛擬機真正使用多大的內(nèi)存空間（譬如按照1個變量槽占用32個比特、64個比特，或者更多）來實現(xiàn)一個變量槽，這是完全由具體的虛擬機實現(xiàn)自行決定的事情。
在《Java虛擬機規(guī)范》中，對這個內(nèi)存區(qū)域規(guī)定了兩類異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果Java虛擬機棧容量可以動態(tài)擴展[2]，當(dāng)棧擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存會拋出OutOfMemoryError異常。

2.2.3 本地方法棧
本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別只是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的本地（Native）方法服務(wù)。
《Java虛擬機規(guī)范》對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒有任何強制規(guī)定，因此具體的虛擬機可以根據(jù)需要自由實現(xiàn)它，甚至有的Java虛擬機（譬如Hot-Spot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，本地方法棧也會在棧深度溢出或者棧擴展失敗時分別拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。