Java 虚拟机（Java Virtual Machine=JVM）的内存空间分为5个部分，分别是：
1.程序计数器
2.Java 虚拟机栈
3.本地方法栈
4.堆
5.方法区
JDK 1.8 同 JDK 1.7 比，最大的差别就是：元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类似，都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。
1 程序计数器（PC 寄存器）
1.1 程序计数器的定义
程序计数器是一块较小的内存空间，是当前线程正在执行的字节码的行号指示器，即当前线程正在执行的那一条字节码指令的地址。
注： 若当前线程正在执行的是一个本地方法，那么此时程序计数器为空（Undefined）。
1.2 程序计数器的作用
程序计数器有两个作用：
（1）字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
（2）在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候，就能够知道该线程上次运行到哪儿了。
1.3 程序计数器的特点
（1）一块较小的内存空间
（2）线程私有，每条线程都有自己的一个程序计数器。
（3）唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域。
（4）生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而销毁。
2 Java虚拟机栈（JVM Stack）（Java 栈）
2.1 Java虚拟机栈的定义
Java虚拟机栈是描述Java方法运行过程的内存模型。
Java虚拟机栈会为每一个即将运行的Java方法创建一块叫做“栈帧”的区域，这块区域用于存储该方法在运行过程中所需要的一些信息，这些信息包括：
（1）局部变量表
（2）存放基本数据类型变量、引用类型的变量、returnAddress类型的变量。
（3）操作数栈
（4）动态链接
（5）方法出口信息
2.2 压栈出栈过程
当一个方法即将被运行时，Java虚拟机栈首先会在Java虚拟机栈中为该方法创建一块“栈帧”，栈帧中包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。当方法在运行过程中需要创建局部变量时，就将局部变量的值存入栈帧的局部变量表中。
Java 虚拟机栈的栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈，也就是当前正在执行的方法，PC 寄存器也会指向这个地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作数栈使用，当在这个栈帧中调用另一个方法，与之对应的栈帧又会被创建，新创建的栈帧压入栈顶，变为当前的活动栈帧。方法结束后，当前栈帧被移出，栈帧的返回值变成新的活动栈帧中操作数栈的一个操作数。如果没有返回值，那么新的活动栈帧中操作数栈的操作数没有变化。
由于Java 虚拟机栈是与线程对应的，数据不是线程共享的，因此不用关心数据一致性问题，也不会存在同步锁的问题。
当这个方法执行完毕后，这个方法所对应的栈帧将会出栈，并释放内存空间。
注意： 人们常说，Java的内存空间分为“栈”和“堆”，栈中存放局部变量，堆中存放对象。
这句话不完全正确！这里的“堆”可以这么理解，但这里的“栈”只代表了Java虚拟机栈中的局部变量表部分。真正的Java虚拟机栈是由一个个栈帧组成，而每个栈帧中都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。
2.3 Java 虚拟机栈的特点
（1）局部变量表的创建是在方法被执行的时候，随着栈帧的创建而创建。而且，局部变量表的大小在编译时期就确定下来了，在创建的时候只需分配事先规定好的大小即可。此外，在方法运行的过程中局部变量表的大小是不会发生改变的。
（2）Java 虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。
a) StackOverFlowError： 若Java虚拟机栈的内存大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前Java虚拟机栈的最大深度的时候，就抛出StackOverFlowError异常。
b) OutOfMemoryError： 若Java虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，且当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展了，此时抛出OutOfMemoryError异常。（3）Java虚拟机栈也是线程私有的，每个线程都有各自的Java虚拟机栈，而且随着线程的创建而创建，随着线程的结束而销毁。
注：StackOverFlowError和OutOfMemoryError的异同？ StackOverFlowError表示当前线程申请的栈超过了事先定好的栈的最大深度，但内存空间可能还有很多。而OutOfMemoryError是指当线程申请栈时发现栈已经满了，而且内存也全都用光了。
3 本地方法栈（C 栈）
3.1 本地方法栈的定义
本地方法栈是为 JVM 运行 Native 方法准备的空间，由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的，所以它通常又叫 C 栈。
本地方法栈和Java虚拟机栈实现的功能类似，只不过本地方法区是本地方法运行的内存模型。
3.2 栈帧变化过程
本地方法被执行的时候，在本地方法栈也会创建一个栈帧，用于存放该本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。
方法执行结束后，相应的栈帧也会出栈，并释放内存空间。
也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。
如果 Java 虚拟机本身不支持 Native 方法，或是本身不依赖于传统栈，那么可以不提供本地方法栈。如果支持本地方法栈，那么这个栈一般会在线程创建的时候按线程分配。
4 堆
4.1 堆的定义
堆是用来存放对象的内存空间，几乎所有的对象都存储在堆中。
4.2 堆的特点
（1）线程共享，整个 Java 虚拟机只有一个堆，所有的线程都访问同一个堆。而程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈都是一个线程对应一个的。
（2）在虚拟机启动时创建。
（3）垃圾回收的主要场所。
（4）可以进一步细分为：新生代(Eden区 、From Survior 、To Survivor)、老年代。
新生代又可被分为：Eden、From Survior、To Survior。不同的区域存放具有不同生命周期的对象。这样可以根据不同的区域使用不同的垃圾回收算法，从而更具有针对性，更高效。
（5）堆的大小既可以固定也可以扩展，但对于主流的虚拟机，堆的大小是可扩展的，因此当线程请求分配内存，但堆已满，且内存已满无法再扩展时，就抛出 OutOfMemoryError。
注意: Java 堆所使用的内存不需要保证是连续的。而由于堆是被所有线程共享的，所以对它的访问需要注意同步问题，方法和对应的属性都需要保证一致性。
5 方法区
5.1 方法区的定义
Java 虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分。
方法区中存放以下信息：
（1）已经被虚拟机加载的类信息、
（2）常量
（3）静态变量
（4）即时编译器编译后的代码
5.2 方法区的特点
（1）线程共享：方法区是堆的一个逻辑部分，因此和堆一样，都是线程共享的。整个虚拟机中只有一个方法区。
（2）永久代：方法区中的信息一般需要长期存在，而且它又是堆的逻辑分区，因此用堆的划分方法，我们把方法区称为老年代（“永久代”）。
（3）内存回收效率低：方法区中的信息一般需要长期存在，回收一遍内存之后可能只有少量信息无效。对方法区的内存回收的主要目标是：对常量池的回收 和 对类型的卸载。
（4）Java虚拟机规范对方法区的要求比较宽松：和堆一样，允许固定大小，也允许可扩展的大小，还允许不实现垃圾回收。
5.3 运行时常量池
方法区中存放三种数据：类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。其中常量存储在运行时常量池中。
一般在一个类中通过public static final来声明一个常量。这个类被编译后便生成Class文件，这个类的所有信息都存储在这个class文件中。
当这个类被Java虚拟机加载后，.class文件中的常量就存放在方法区的运行时常量池中。而且在运行期间，可以向常量池中添加新的常量。如：String类的intern()方法就能在运行期间向常量池中添加字符串常量。
当运行时常量池中的某些常量没有被对象引用，同时也没有被变量引用，那么就需要垃圾收集器回收。
6 直接内存（堆外内存）
直接内存是除Java虚拟机之外的内存，但也有可能被Java使用。
6.1 操作直接内存
在NIO中引入了一种基于通道和缓冲的IO方式。它可以通过调用本地方法直接分配Java虚拟机之外的内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象直接操作该内存，而无需先将外面内存中的数据复制到堆中再操作，从而提升了数据操作的效率。
直接内存的大小不受Java虚拟机控制，但既然是内存，当内存不足时就会抛出OOM（OutOfMemoryError ）异常。
6.2 直接内存与堆内存比较
（1）直接内存申请空间耗费更高的性能
（2）直接内存读取 IO 的性能要优于普通的堆内存。
（3）直接内存作用链： 本地 IO -> 直接内存 -> 本地 IO
（4）堆内存作用链：本地 IO -> 直接内存 -> 非直接内存 -> 直接内存 -> 本地 IO
注意：服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
7 总结
Java虚拟机的内存模型中一共有两个“栈”，分别是：Java虚拟机栈和本地方法栈。
两个“栈”的功能类似，都是方法运行过程的内存模型。并且两个“栈”内部构造相同，都是线程私有。
只不过Java虚拟机栈描述的是Java方法运行过程的内存模型，而本地方法栈是描述Java本地方法运行过程的内存模型。
Java虚拟机的内存模型中一共有两个“堆”，一个是原本的堆，一个是方法区。方法区本质上是属于堆的一个逻辑部分。堆中存放对象，方法区中存放类信息、常量、静态变量、即时编译器编译的代码。
堆是Java虚拟机中最大的一块内存区域，也是垃圾收集器主要的工作区域。
程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈是线程私有的，即每个线程都拥有各自的程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈。并且他们的生命周期和所属的线程一样。
而堆、方法区是线程共享的，在Java虚拟机中只有一个堆、一个方法栈。并在JVM启动的时候就创建，JVM停止才销毁。
评论加载中