1.内存模型

JVM 内存分为 线程私有区 和 线程共享区。

• 线程私有区：

  • 程序计数器
    用作 多线程切换
  • 虚拟机栈
    管理JAVA方法执行
  • 本地方法栈
    管理本地方法（C语言）执行

• 线程共享区：

  • 方法区
    存放常量、静态变量等
  • 堆
    存放对象实例和数组

JVM内存分为线程私有区和线程共享区

1.1.线程私有区

1.1.1 程序计数器

当同时进行的线程数超过CPU数或其内核数时，就要通过时间片轮询分派CPU的时间资源，不免发生线程切换。这时，每个线程就需要一个属于自己的计数器来记录下一条要运行的指令。

如果执行的是JAVA方法，计数器记录正在执行的java字节码地址，如果执行的是native方法，则计数器为空。

1.1.2 虚拟机栈

线程私有的，与线程在同一时间创建。管理JAVA方法执行的内存模型。每个方法执行时都会创建一个桢栈来存储方法的的变量表、返回值等信息。栈的大小决定了方法调用的可达深度（递归多少层次，或嵌套调用多少层其他方法）。栈的大小可以是固定的，或者是动态扩展的。如果请求的栈深度大于最大可用深度，则抛出stackOverflowError；如果栈是可动态扩展的，但没有内存空间支持扩展，则抛出OutofMemoryError。关于stackOverflow和outofMemory以及栈帧

当一个方法M1被调用时就产生了一个栈帧S1，并被压入到栈中，M1方法又调用了M2方法，于是产生栈帧S2也被压入栈，M2方法执行完毕后，S2栈帧先出栈，S1栈帧再出栈，遵循“先进后出”原则。

下图为栈帧结构图：

JVM栈桢结构

1.1.3 本地方法栈

与虚拟机栈作用相似。但它不是为Java方法服务的，而是本地方法（C语言）。

1.2.线程共享区

此区域是用来存储被各线程共享的数据的。

1.2.1 方法区

它存储已被Java虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等

1.2.2 堆

存放对象实例和数组，是垃圾回收的主要区域，分为新生代和老年代。刚创建的对象在新生代的 Eden区 中，经过 GC 后进入新生代的 S0区 中，再经过 GC 进入新生代的 S1区 中，15次 GC 后仍存在就进入老年代。这是按照一种回收机制进行划分的，不是固定的。若堆的空间不够实例分配，则OutOfMemoryError。

JVM堆结构

• Young Generation
  即图中的Eden + From Space（s0） + To Space(s1)

• Eden
  存放新生的对象

• Survivor Space
  有两个，存放每次垃圾回收后存活的对象(s0+s1)

• Old Generation
  主要存放应用程序中生命周期长的存活对象

• 永久代
  目前有三大Java虚拟机：HotSpot，oracle JRockit，IBM J9。
  JRockit和J9不存在永久代这种说法。所以永久代的概念只存在于HotSpot虚拟机中。
  并且，永久代只存在于jdk7和之前的版本中，jdk8中已经彻底移除了永久代，jdk8中引入了一个新的内存区域叫metaspace。

永久代存放的数据是和方法区是一样的，这里解释一下两者的区别：
方法区是Java虚拟机规范中的定义，是一种规范；而永久代是一种实现，一个是标准一个是实现。方法区就相当于接口，永久代相当于实现了接口的类。

因此，我们可以说，永久代是方法区的一种实现，当然，在hotspot jdk8中metaspace可以看成是方法区的一种实现。

我们来看一下HotSpot jdk7中的内存模型：

HotSpot jdk7中的内存模型

上图中的方法区，就是通过永久代实现的。

再来看一下HotSpot jdk8中移除了永久带以后的内存结构：

• 元空间
  上面说过，HotSpot虚拟机在1.8之后已经取消了永久代，改为元空间，类的元信息被存储在元空间中。元空间没有使用堆内存，而是与堆不相连的本地内存区域（物理内存）。所以，理论上系统可以使用的内存有多大，元空间就有多大，所以不会出现永久代存在时的内存溢出问题。这项改造也是有必要的，永久代的调优是很困难的，虽然可以设置永久代的大小，但是很难确定一个合适的大小，因为其中的影响因素很多，比如类数量的多少、常量数量的多少等。永久代中的元数据的位置也会随着一次full GC发生移动，比较消耗虚拟机性能。同时，HotSpot虚拟机的每种类型的垃圾回收器都需要特殊处理永久代中的元数据。将元数据从永久代剥离出来，不仅实现了对元空间的无缝管理，还可以简化Full GC以及对以后的并发隔离类元数据等方面进行优化。

• 对新生代和老年代的垃圾回收
  针对新生代的垃圾回收 称为：Minor GC；针对老年代的垃圾回收称为 Major GC 或 Full GC。

• Minor GC
  从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存被称为 Minor GC。
  当 JVM 无法为一个新的对象分配空间时会触发 Minor GC，比如当 Eden 区满了。

• Major GC
  Major GC 是清理老年代。
  Full GC 是清理整个堆空间—包括年轻代和老年代。
  很不幸，实际上它还有点复杂且令人困惑。首先，许多 Major GC 是由 Minor GC 触发的，所以很多情况下将这两种 GC 分离是不太可能的。

1.3堆和栈的区别

栈是运行时单位，代表着逻辑，内含基本数据类型和堆中对象引用，所在区域连续，没有碎片；

堆是存储单位，代表着数据，可被多个栈共享（包括成员中基本数据类型、引用和引用对象），所在区域不连续，会有碎片。

• 功能不同
  栈内存用来存储局部变量和方法调用，而堆内存用来存储Java中的对象。

• 共享性不同
  栈内是线程私有的。
  堆内存是所有线程共有的。

• 异常错误不同
  如果栈内存或者堆内存不足都会抛出异常。
  栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。
  堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError。

• 空间大小
  栈的空间大小远远小于堆的。