JVM运行时数据区-线程私有
什么是运行时数据区
JVM在运行过程中会把它所管理的内存划分成若干不同的数据区域！
这个是抽象概念，内部实现依赖寄存器、高速缓存、主内存（具体要分析JVM源码 C++语言实现，没必要看）
计算机的运行=指令+数据，指令用于执行方法的，数据用于存放数据和对象的。
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它管理的内存分为若干个不同的数据区域。这些区域有着各自的用途，一级创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。根据《Java虚拟机规范》中规定，jvm所管理的内存大致包括以下几个运行时数据区域。
- 线程私有:程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈
- 线程共享：堆、方法区
与线程之间的关系：
| 区域 | 是否线程共享 | 是否会内存溢出 |
|---|---|---|
| 程序计数器 | 否 | 不会 |
| 虚拟机栈 | 否 | 会 |
| 本地方法栈 | 否 | 会 |
| 堆 | 是 | 会 |
| 方法区 | 是 | 会 |
程序计数器
程序计数器是一块较小的内存空间，它的作用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。
特 点
如果线程正在执行的是Java 方法，则这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址
如果正在执行的是Native 方法，则这个技术器值为空（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情况的区域
为什么需要程序计数器
Java是多线程的，意味着线程切换
确保多线程情况下的程序正常执行
存储那些内容
看一个代码
1 | public int test() { |
这是一段非常简单的计算代码，我们先编译成Class 文件再使用 javap 反汇编工具看下class 文件中数据格式，如下图
当执行到方法**test()**时在当前的线程中会创建相应的程序计数器，在计数器中为存放执行地址 （红框中的）0 2 3…等等。
这也说明在我们程序运行过程中计数器中改变的只是值，而不会随着程序的运行需要更大的空间，也就不会发生溢出情况。
虚拟机栈
什么是虚拟机栈
虚拟机栈是用于描述java方法执行的内存模型。
每个java方法在执行时，会创建一个“栈帧（stack frame）”，栈帧的结构分为“局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口”几个部分。我们常说的“堆内存、栈内存”中的“栈内存”指的便是虚拟机栈，确切地说，指的是虚拟机栈的栈帧中的局部变量表，因为这里存放了一个方法的所有局部变量。
方法调用时，创建栈帧，并压入虚拟机栈；方法执行完毕，栈帧出栈并被销毁，如下图所示：
栈帧
栈帧（Stack Frame）是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈（Virtual Machine Stack）的栈元素。
栈帧中的元素
局部变量表
局部变量表（Local Variable Table）是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。在Java程序编译为Class文件时，就在方法的Code属性的max_locals数据项中确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量。
操作数栈
操作数栈（Operand Stack）也常称为操作栈，它是一个后入先出（Last In First Out，LIFO）栈。同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也在编译的时候写入到Code属性的max_stacks数据项中。
操作数是运算符作用于的实体，是表达式中的一个组成部分，它规定了指令中进行数字运算的量 。
表达式是操作数与操作符的组合。
动态连接
每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic Linking）。Class文文件的常量池中存在大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就转化为直接引用，这种转化称为静态解析。另外一部分将在每一次运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。
返回地址
无论采用何种退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数器的值可以作为返回地址，栈帧中很可能会保存这计数器值。而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器表来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。
方法退出的过程实际上就等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值（如果有的话）压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令等。
虚拟机规范允许具体的虚拟机实现增加一些规范里没有描述的信息到栈帧之中，例如与调试相关的信息，这部分信息完全取决于具体的虚拟机实现。
虚拟机栈的特点
- 虚拟机栈是线程隔离的，即每个线程都有自己独立的虚拟机栈。
- 栈的大小缺省为1M，可用参数 –Xss调整大小，例如-Xss256k
- 在编译程序代码的时候，栈帧中需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写入到方法表的Code属性之中，因此一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。
虚拟机栈的StackOverflowError
若单个线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，则会抛出StackOverflowError（栈溢出错误）。
JVM会为每个线程的虚拟机栈分配一定的内存大小（-Xss参数），因此虚拟机栈能够容纳的栈帧数量是有限的，若栈帧不断进栈而不出栈，最终会导致当前线程虚拟机栈的内存空间耗尽，典型如一个无结束条件的递归函数调用。
虚拟机栈的OutOfMemoryError
不同于StackOverflowError，OutOfMemoryError指的是当整个虚拟机栈内存耗尽，并且无法再申请到新的内存时抛出的异常。
JVM未提供设置整个虚拟机栈占用内存的配置参数。虚拟机栈的最大内存大致上等于“JVM进程能占用的最大内存（依赖于具体操作系统） - 最大堆内存 - 最大方法区内存 - 程序计数器内存（可以忽略不计） - JVM进程本身消耗内存”。当虚拟机栈能够使用的最大内存被耗尽后，便会抛出OutOfMemoryError，可以通过不断开启新的线程来模拟这种异常。
本地方法栈
本地方法栈的功能和特点类似于虚拟机栈，均具有线程隔离的特点以及都能抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
不同的是，本地方法栈服务的对象是JVM执行的native方法，而虚拟机栈服务的是JVM执行的java方法。如何去服务native方法？native方法使用什么语言实现？怎么组织像栈帧这种为了服务方法的数据结构？虚拟机规范并未给出强制规定，因此不同的虚拟机实可以进行自由实现，我们常用的HotSpot虚拟机选择合并了虚拟机栈和本地方法栈。