Java内存模型
Java虚拟机在执行Java程序的过程中，会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区。这些区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有的区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁，我们可以将这些区域统称为Java运行时数据区域。
Java虚拟机运行时数据区域被分为五个区域：堆(Heap)、栈(Stack)、本地方法栈(Native Stack)、方法区(Method Area)、程序计数器(Program Count Register)
Java虚拟机运行时数据区
JVM内存区域
线程私有
1、程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
也可以理解为下一条将要执行的指令的地址或者行号。字节码解释器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、 线程上下文切换，线程恢复时，都要依赖这个计数器来完成。
例如：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。
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如果线程正在执行的是一个Java方法，计数器记录的值为正在执行的虚拟机字节码指令的地址
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如果线程正在执行的是Native方法，则计数器值为空(未定义)
特点：
- 是一块较小的存储空间
- 是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域。
- 生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。
2、Java虚拟机栈
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 Framee）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。
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：
- 局部变量表：
局部变量区被组织为以一个字长为单位、从0开始计数的数组用于保存函数的参数及局部变量。
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）。
其中类型为short、byte和char的值在存入数组前要被转换成int值，
64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。
在访问局部变量中的long或double时，只需取出连续两项的第一项的索引值即可
局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
图示如下：
局部变量表示例
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操作数栈：
主要保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间 -
帧数据区：
除了局部变量表和操作数栈以外，栈还需要一些数据来支持常量池的解析，这里帧数据区保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池，另外当函数返回或者出现异常时，虚拟机必须有一个异常处理表，方便发送异常的时候找到异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区的一部分。
Java虚拟机栈中规定了两种异常状况：
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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；
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如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
3、本地方法栈
Java 虚拟机实现可能会使用到传统的栈（通常称之为“ C Stacks”）来支持 Native 方法（ 指使用 Java 以外的其他语言编写的方法）的执行，这个栈就是本地方法栈（ Native MethodStack）。
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。并且Java虚拟机允许java直接调用本地方法（通常使用C编写）
与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
线程共有
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，被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
堆大小通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数进行设置，对于运行系统，为避免在运行时频繁调整Heap的大小，通常-Xms与-Xmx的值设成一样。
堆是来存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。但是随着技术的变化，并非所有的对象都分配在堆上。
并且java对完全是自动化管理的通过垃圾回收机制，垃圾对象会自动清理，不需要显示的释放。
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。
其中新生代存放新生的对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。
新生代分为eden区、s0区、s1区，s0和s1也被称为from和to区，他们是两块大小相等并且可以互换角色的空间（因为里面用了复制算法，所以要求空间大小一样）
绝大多数情况下，对象首先分配在eden区，在一次新生代回收后，如果对象还存活，则会进入s0或者s1区，之后每经过一次新生代回收，如果对象存活则它的年龄就加1.当对象达到一定年龄后，则进入老年代 。
新建的对象也有可能直接进入老年代，主要有两种情况：
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① 大对象，可通过启动参数设置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(单位为字节，默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配，而是直接在老年代分配。
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② 大的数组对象，且数组中无引用外部对象。 老年代所占的内存大小为-Xmx对应的值减去-Xmn对应的值。
堆空间
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。
如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
5、方法区
方法区（MethodArea）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。方法区在实际内存空间中可以是不连续的。 方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小。
方法区存储的大致内容如下:
- 每一个类的结构信息
- 运行时常量池（Runtime Constant Pool）
- 字段和方法数据
- 构造函数和普通方法的字节码内容
- 类、实例、接口初始化时用到的特殊方法
相对而言，垃圾收集行为在这方法区是比较少出现的，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。
当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
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。
运行时常量池相对于Class文件常量池的两个重要特征：
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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，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。
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运行时常量池具备动态性，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人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intern0方法。
运行时常量池是方法区的一部分，也受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
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。它是利用本地方法库直接在Java堆之外申请的内存区域。
例如：在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/0方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
直接内存区域的操作也可能会抛出OutOfMemoryError。
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