目录
1.程序计数器
2.java虚拟机栈
2.1 局部变量表和操作数栈
2.2 局部变量表和操作数栈如何交互
2.3 递归为何为引发java.lang.StackOverflowError异常
2.4 虚拟机栈过多会引发元空间和永久代异常
3.本地方法栈
3.1 元空间（MetaSpace）与永久代（PermGen）
4.java堆
5.方法区
6.运行时常量池
7.直接内存
8.常见问题
8.1 JVM三大性能调优参数-Xms -Xmx -Xss的含义
8.2 java内存模型中堆和栈的区别
8.3 jdk6和jdk6之后intern()方法的区别
8.4 java7之后，方法区里的字符串常量池已经被移动到java堆中
对于Java程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，不容易出现内存泄漏和内存溢出问题。但是交给JVM意味着一旦出现问题很难找出问题所在。
Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域（如下图所示）
1.程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它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。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（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。
总结如下：
- 当前线程所执行的字节码行号指示器(逻辑)
- 改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令
- 和线程是一对一的关系即“线程私有”
- 对Java方法计数,如果是 Native方法则计数器值为 Undefined（java的Native方法，java调用其他底层语言（如c、c++）的方法）
- 不会发生内存泄露
2.java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame[1]）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
经常有人把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种分法比较粗糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所的“堆”笔者在后面会专门讲述，而所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分，局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
总结如下：
- java方法执行的内存模型
- 包含多个栈帧（每个方法运行的时候都会创建一个栈帧，当方法调用结束时，帧才会被销毁）
常见问题：
2.1 局部变量表和操作数栈
- 局部变量表：包含方法执行过程中的所有变量（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）
- 操作数栈：（操作字节码指令时用到）入栈、出栈、复制、交换、产生消费变量
2.2 局部变量表和操作数栈如何交互
2.3 递归为何为引发java.lang.StackOverflowError异常
原因：递归过深，栈帧数超过虚拟栈帧的深度
解决方案：限制递归次数，或者直接使用循环来代替递归
2.4 虚拟机栈过多会引发元空间和永久代异常
原因：当虚拟机栈可以动态扩展是，如果无法申请足够多的异常，就会抛出这样的异常
3.本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
3.1 元空间（MetaSpace）与永久代（PermGen）
元空间和永久代均是方法区的实现，但实现的方式不同，java8之后，使用元空间代替了永久代！
java.lang.StackOverflowError：PermGen space这个错误将不复存在。
元空间相比永久代的优势：
- 字符串常量池存在永久代中,容易岀现性能问题和内存溢出
- 类和方法的信息大小难易确定,给永久代的大小指定带来困难
- 永久代会为GC带来不必要的复杂性
- 方便Hotspot与其他JVM如Frock的集成
两者区别：
- 元空间使用本地内存，而永久代使用的是jvm内存
4.java堆
对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”（GarbageCollected Heap，幸好国内没翻译成“垃圾堆”）。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。不过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。
5.方法区
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被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数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说，这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是必要的。在Sun公司的BUG列表中，曾出现过的若干个严重的BUG就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。
6.运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
Java虚拟机对Class文件每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行，但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern（）方法。
7.直接内存
直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，肯定还是会受到本机总内存（包括RAM以及SWAP区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。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（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
8.常见问题
8.1 JVM三大性能调优参数-Xms -Xmx -Xss的含义
java -Xms128m -Xmx128m -Xss256k -jar XXXX.jar
- -Xss:规定了每个线程虚拟机栈(堆栈)的大小,一般256k足够了，这个值将会影响此进程中并发线程数的大小
- -Xms:堆的初始值，进程创建时的java堆大小，一旦内存不够就会自动扩容（可能发生内存抖动，影响程序运行的稳定性，所以很多时候都直接设置为和Xmx一样大）
- -Xmx:堆能达到的最大值
8.2 java内存模型中堆和栈的区别
- 静态存储:编译时确定毎个数据目标在运行时的存储空间需求
- 栈式存储:数据区需求在编译时未知,运行时模块入口前确定
- 堆式存储:编译时或运行时模块入口都无法确定,动态分配
联系：引用对象、数组时，栈里定义变量保存堆中目标的首地址。
区别：
- 管理方式：栈自动释放,堆需要GC
- 空间大小：栈比堆小
- 碎片相关：栈产生的碎片远小于堆
- 分配方式：栈支持静态和动态分配,而堆仅支持动态分配
- 效率：栈的效率比堆高（计算机底层使用堆栈结构，栈空间和底层结构更加符合，栈操作简单：只有出栈和入栈）
看一个程序：
/**
* @author lmm E-mail:[email protected]
* @time 时间：2019年8月19日
* @function 功能：测试
*/
public class Student {
private String name;
public void sayHello() {
System.out.println("Hello " + name);
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public static void main(String[] args) {
int a = 1;
Student student = new Student();
student.setName("lmm");
student.sayHello();
}
}
我们看一下他对应的内存是如何分配的
元空间：
- Class：Student -Method ： sayHello、setName、main -Filed:name
- Class ：System（以及该类的成员变量和方法）
java堆：
- Object ： String("lmm")
- Object ： Student
main线程独占：
- Parameter reference："lmm" to String object（栈）
- Variable reference: "student"to Student object（栈）
- Local variables: a with 1（栈），lineNo（程序计数器）
8.3 jdk6和jdk6之后intern()方法的区别
- JDK6:当调用 intern方法时,如果字符串常量池先前已创建出该字符串对象,则返回池中的该字符串的引用。否则,将此字符串对象添加到字符串常量池中,并且返回该字符串对象的引用。
- JDK6+:当调用 intern方法时,如果字符串常量池先前已创建出该字符串对象，,则返回常量池中的该字符串的引用。否则，如果该字符串对象已经存在于Java堆中,则将堆中对此对象的引用添加到字符串常量池中,并且返回该引用;如果堆中不存在,则在池中创建该字符串并返回其引用。
在JDK6中运行程序：
在在JDK7中运行程序：
8.4 java7之后，方法区里的字符串常量池已经被移动到java堆中
原因：先前字符串常量池存在于永久代中，而永久代内存有限，如果频繁调用字符串方法intern()在池里调用对象会使得字符串常量池内存不够，进而导致OutOfMemoryError之类的错误。