JVM（Java Virtual Machine）的運行時數據區（Runtime Data Areas）被劃分為幾個不同的區域，每個區域都有其特定的用途和存儲的數據類型。以下是 JVM 各個區域存儲數據的詳細說明：

1. 程序計數器 (Program Counter Register)

• 存儲內容：

  • 當前線程正在執行的 Java 方法的 字節碼指令的地址（行號）。
  • 如果當前線程正在執行的是 Native 方法，程序計數器的值為 undefined (空)。

• 特點：

  • 線程私有：每個線程都有自己獨立的程序計數器。
  • 非常小：占用內存空間非常小。
  • 唯一：是唯一一個在 Java 虛擬機規范中沒有規定任何 OutOfMemoryError 情況的區域。

• 作用：

  • 控制程序的執行流程：JVM 通過程序計數器來控制程序的執行順序，實現分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等功能。
  • 線程切換：Java 虛擬機的多線程是通過線程輪流切換、分配處理器執行時間來實現的。在任何一個確定的時刻，一個處理器（或一個內核）只會執行一條線程中的指令。為了線程切換后能恢復到正確的執行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數器。

2. 虛擬機棧 (VM Stack)

• 存儲內容：

  • 棧幀 (Stack Frame)： 每個方法調用都會創建一個棧幀，用于存儲方法的局部變量、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。方法執行完畢后，棧幀會被銷毀（出棧）。
    • 局部變量表 (Local Variable Table):
      • 存放方法參數和方法內部定義的局部變量。
      • 基本數據類型變量：直接存儲值。
      • 引用類型變量：存儲對象的引用（地址）。
      • 局部變量表的大小在編譯時確定。
    • 操作數棧 (Operand Stack):
      • 一個后入先出 (LIFO) 棧，用于存放方法執行過程中的操作數和中間結果。
      • 例如，執行加法操作時，會將兩個操作數壓入操作數棧，然后彈出兩個操作數進行計算，并將結果壓入操作數棧。
    • 動態鏈接 (Dynamic Linking):
      • 指向運行時常量池中該棧幀所屬方法的引用。
      • 用于支持方法調用過程中的動態鏈接（例如，解析方法調用、接口調用等）。
    • 方法出口 (Return Address):
      • 記錄方法返回時應該跳轉到的指令地址。
      • 正常返回：返回到調用者的指令地址。
      • 異常返回：返回到異常處理器的指令地址。
    • 附加信息: 可能包含一些附加信息, 例如調試信息等.

• 特點：

  • 線程私有：每個線程都有自己的虛擬機棧。
  • 后入先出 (LIFO)：棧幀的創建和銷毀遵循后入先出的原則。
  • 速度快：訪問速度僅次于程序計數器。
  • 大小：棧的大小可以是固定的，也可以是動態擴展的。

• 異常：

  • StackOverflowError: 如果線程請求的棧深度大于虛擬機允許的深度，拋出此異常（例如，無限遞歸調用）。
  • OutOfMemoryError: 如果虛擬機棧可以動態擴展，但無法申請到足夠的內存，拋出此異常。

3. 本地方法棧 (Native Method Stack)

• 存儲內容：
  • 與虛擬機棧類似，但用于支持 native 方法（使用 C、C++ 等編寫的方法）的執行。
  • 存儲 native 方法的局部變量、參數、返回值等信息。
• 特點：
  • 線程私有：每個線程都有自己的本地方法棧。
  • 具體的實現方式由虛擬機決定（HotSpot VM 中，本地方法棧和虛擬機棧是合二為一的）。
• 異常：
  • StackOverflowError
  • OutOfMemoryError

4. 堆 (Heap)

• 存儲內容：

  • 對象實例： 幾乎所有的對象實例都在堆上分配內存。
  • 數組： 數組也在堆上分配內存。

• 特點：

  • 線程共享：所有線程共享同一個堆。
  • 最大：是 JVM 中最大的一塊內存區域。
  • 垃圾回收：是垃圾回收的主要區域。
  • 邏輯連續：邏輯上是連續的，物理上可以不連續。
  • 劃分：通常劃分為新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
    • 新生代：存放新創建的對象。
      • Eden 區：大多數對象首先在 Eden 區分配。
      • Survivor 區 (From Survivor 和 To Survivor)：存放經過一次 Minor GC 后仍然存活的對象。
    • 老年代：存放生命周期較長的對象，或大對象。

• 異常：

  • OutOfMemoryError: 如果堆中沒有足夠的內存分配給新的對象，并且堆也無法再擴展時，拋出此異常。

5. 方法區 (Method Area)

• 存儲內容：

  • 類信息：
    • 類的全限定名
    • 類的父類
    • 類的接口
    • 類的修飾符
    • 類的字段信息
    • 類的方法信息
    • 類的注解信息
  • 常量：
    • 編譯時常量（例如，final 修飾的基本類型或字符串字面量）。
    • 運行時常量（例如，String.intern() 方法返回的字符串）。
  • 靜態變量：
    • 類變量（static 修飾的變量）。
  • 即時編譯器編譯后的代碼 (JIT Compiled Code):
    • 熱點代碼（經常執行的代碼）會被 JIT 編譯器編譯為本地機器碼，并緩存在方法區中。

• 特點：

  • 線程共享：所有線程共享同一個方法區。
  • 非堆 (Non-Heap): 在 HotSpot VM 中，方法區也被稱為“非堆”。
  • 永久代/元空間：
    • JDK 1.7 及之前： HotSpot VM 使用“永久代”（Permanent Generation）來實現方法區。永久代使用 JVM 內存。容易出現 OutOfMemoryError: PermGen space。
    • JDK 1.8 及之后： HotSpot VM 使用“元空間”（Metaspace）來實現方法區。元空間使用本地內存（Native Memory），不容易出現 OutOfMemoryError，但需要注意防止本地內存耗盡。
  • 運行時常量池 (Runtime Constant Pool): 方法區的一部分，存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，以及運行時產生的常量。
  • 垃圾回收： 方法區也會進行垃圾回收，主要回收廢棄的常量和無用的類。

• 異常：

  • OutOfMemoryError: 如果方法區無法滿足內存分配需求，拋出此異常。
  • JDK 1.7 及之前，如果永久代空間不足，會拋出 OutOfMemoryError: PermGen space。
  • JDK 1.8 及之后，如果元空間不足，會拋出 OutOfMemoryError: Metaspace。

總結:

區域	存儲內容	線程共享性
程序計數器	當前線程正在執行的字節碼指令的地址（行號）。如果是 Native 方法，則值為空 (Undefined)。	私有
虛擬機棧	每個方法調用對應一個棧幀。棧幀中存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。局部變量表存放方法參數和局部變量。操作數棧用于存放方法執行過程中的操作數和中間結果。	私有
本地方法棧	與虛擬機棧類似，但用于支持 native 方法的執行。	私有
堆	對象實例、數組。	共享
方法區	類信息（類名、父類、接口、字段、方法、注解等）、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼。運行時常量池是方法區的一部分，存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，以及運行時產生的常量。	共享