Java运行时内存分配
将 Java 内存分为 堆内存（heap） 和 栈内存（Stack）并不准确，Java 的内存区域划分实际上更为复杂。
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不同的数据区域：
Java运行时内存分配
上图中：
-
HelloWorld.java会经过编辑生成HelloWorld.class字节码文件。 - Java 虚拟中要想访问
HelloWorld这个类时，需要通过类加载器（ClassLoader）进行加载，将HelloWorld.class字节码文件加载到 JVM 内存中。 - JVM 内存可划分为：方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器几个区域。
程序计数器
因为 Java 程序是多线程的，CPU可以在多个线程中分配执行时间片段。（多线程运行时，多个线程执行需要靠 CPU 抢占资源来执行），所以 JVM 中设计 程序计数器 的作用就是为了记录代码执行的位置。
程序计数器的作用
当某一个线程被 CPU 挂起时，需要记录代码已经执行到的位置，方便 CPU 重新执行此线程时，知道从哪行开始执行。
【程序计数器】是虚拟机中一块较小的内存空间，主要用于记录当前程序执行的位置。
程序计数器执行流程
上图展示了程序计数器在 CPU 中的作用，每个线程都会记录当前代码执行的位置，当下一次该线程继续执行时，会从程序计数器记录的位置继续往下执行。除了顺序执行外：分支操作、循环操作、跳转、异常处理等都需要依赖程序计数器来完成。
关于程序计数器的几点注意：
- 在 Java 虚拟机规范中，对程序计数器这一区域没有规定任何
OutOfMemoryError情况（或许没有必要） - 程序计数器是线程私有的，每条线程内部都有一个私有程序计数器，它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。
- 当一个线程正在执行一个 Java 方法的时候，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（Underined）
虚拟机栈
虚拟机栈 是线程私有的，与线程的生命周期同步。
在 Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常：
StackOverflowError：当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出。
OutOfMemoryError：当 Java 虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出。
学习JVM时会经常看到这一句话：【JVM 是基于栈的解释器执行的，DVM 是基于寄存器解释器执行的】
上面的 基于栈 指的就是虚拟机栈。虚拟机栈的初衷是用来描述 Java 方法执行的内存模型，每个方法被执行的时候，JVM 都会在虚拟机栈中创建一个 栈帧。
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，每一个线程在执行某个方法时，都会为这个方法创建一个栈帧。
一个线程包含多个栈帧（因为会执行多个方法，每个方法都会创建一个栈帧），而每个栈帧内部包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址。如下图展示：
栈帧示意图
局部变量表
局部变量表 是变量值的存储空间。调用方法时传递的参数以及在方法内部创建的局部变量都保存在 局部变量表 中。
在 Java 编译成 class 文件的时候，会在方法 Code 属性表中的 max_locals 数据项中确定该方法需要分配的最大局部变量表的容量。
如下面示例：
public static int add(int k){
int i = 1;
int j = 2;
return i + j + k;
}
将上述代码通过 javac 命令编译成 class 文件，再通过 javap -v 命令进行反编译，结果如下：
public static int add(int);
descriptor: (I)I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=1
0: iconst_1
1: istore_1
2: iconst_2
3: istore_2
4: iload_1
5: iload_2
6: iadd
7: iload_0
8: iadd
9: ireturn
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 2
line 10: 4
可以看到 locals 中定义的数就是局部变量表的长度为3。符合我们在代码中的定义。
【注意】系统不会为局部变量赋予初始值，不存在类变量那样的准备阶段（实例变量和类变量都会被赋予初始值）
操作数栈
操作数栈（Operand Stack）也常称为操作栈，它是一个后入先出栈（LIFO）。
操作数栈的最大深度也在编译的时候写入方法的 Code 属性表中的 max_stacks 数据项中，栈中的元素可以是任意 Java 数据类型，包括 long 和 double。
当一个方法刚开始执行时，这个方法的操作数栈是空的，在方法执行过程中，会有各种字节码指令被压入和弹出操作数栈。例如：iadd 指令就是将操作树栈中栈顶的两个元素弹出执行加法运算，并将结果重新压回到操作数栈中。
动态链接
动态链接 主要目的为了支持方法调用过程中的动态链接。
在一个 class 文件中，一个方法要调用其他方法：需要将这些方法的符号引用转化为其所在内存地址中的直接引用，而符号引用存在于 方法区 中。
Java 虚拟机栈中，每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的符号引用。
返回地址
当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法：
正常退出：方法中代码正常完成，或者遇到一个方法返回的字节码指令（如 return ）并退出没有抛出任何异常。
异常退出：方法执行过程中遇到异常，并且这个异常在方法体内部没有得到处理，导致方法退出。
不管方法是 正常退出 还是 异常退出，都会返回到调用该方法的位置处。所以，虚拟机栈中的 返回地址 是用来帮助 当前方法恢复它的上层方法执行状态。
值得说明的是：
当 正常退出时，调用者的 PC 计数值可以作为返回地址，栈帧中可能保存此计数值。当 异常退出时，返回地址是通过异常处理器表确定的，栈帧中一般不会保存此部分信息。
实例讲解
public class Hello {
public static int add(){
int i = 1;
int j = 2;
int result = i + j;
return result + 10;
}
}
将上述代码使用 javap 命令来查看字节码指令：
public static int add();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=0
0: iconst_1 // 把常数 1 压入操作数栈栈顶
1: istore_0 // 把操作数栈栈顶的出栈放入局部变量表索引为 1 的位置
2: iconst_2 // 把常量 2 压缩操作数栈栈顶
3: istore_1 // 把操作数栈栈顶的出栈放入局部变量表索引为 2 的位置
4: iload_0 // 把局部变量表索引为 1 的值放入操作数栈栈顶
5: iload_1 // 把局部变量表索引为 2 的值放入操作数栈栈顶
6: iadd // 将操作数栈栈顶的和栈顶下面的一个进行加法运算后放入栈顶
7: istore_2 // 把操作数栈栈顶的出栈放入局部变量表索引为 2 的位置
8: iload_2 // 把局部变量表索引为 2 的值放入操作数栈栈顶
9: bipush 10 // 把常量 10 压入操作数栈栈顶
11: iadd // 将操作数栈栈顶的和栈顶下面的一个进行加法运算后放入栈顶
12: ireturn // 结束
指令详解：
iconst 和 bipush 将常量压入操作数栈顶，区别是：当 int 取值为 -1 ~ 5 采用 iconst 指令，取值 -128 ~ 127 采用 bipush 指令。
istore 将操作数栈顶的元素放入局部变量表的某索引位置。比如 istore_5 代表将操作数栈顶元素放入局部变量表下标为 5 的位置。
iload 将局部变量表中某下标上的值加载到操作数栈顶中。比如 iload_2 代表将局部变量表索引为 2 上的值压入操作数栈顶。
iadd 代表加法运算，具体是将操作数栈最上方的两个元素进行相加操作，然后将结果重新压入栈顶。
上述的下标操作的逻辑是：在 **.java 被编译成 **.class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，并且写入到了方法表的 Code 属性中。
本地方法栈
本地方法栈和虚拟机栈基本相同，是针对本地（Native）方法，在开发中如果涉及 JNI 可能接触本地方法栈多一些，在有些虚拟机的实现中已经将两个合二为一了（比如：HotSpot）。
堆（Heap）
堆是 JVM 所管理的内存中最大的一块区域，该区域唯一目的就是存放对象实例。它是 Java 垃圾回收器（GC）管理的主要区域，有时候也叫做“GC堆”。同时堆是所有线程共享的内存区域，被分配在此区域的对象如果被多个线程访问，需要考虑线程安全问题。
堆示意图
方法区
方法区是 JVM 规范里规定的一块运行时数据区。
方法区主要是存储：
- 已经被 JVM 加载的类信息（版本、字段、方法、接口）
- 常量
- 静态变量
- 即时编译器编译后的代码
- 数据
方法区是被各个线程共享的内存区域。
方法区与永久区：
方法区是 JVM 规范中规定的一块区域，但是并不是实际实现，切忌将规范和实现混为一谈，不同的 JVM 厂商可以有不同的版本的“方法区”实现。
例如：HotSpot 在 JDK1.7 以前使用 “永久区”（或者叫Perm区）来实现方法区，在 JDK1.8 后“永久区”就已经被移除了，取而代之的是一个叫做“元空间（metaspace）”的实现方式。
【总结】
方法区：是规范层面的东西，规定了这一个区域要存放哪些数据。
永久区或者metaspace：是对方法区的不同实现，是实现层面的东西。
异常
StackOverflowError 栈溢出异常
递归调用是造成 StackOverflowError 的一个常见场景。
public class StackOver {
private int number;
public static void main(String[] args){
StackOver so = new StackOver();
try {
so.method();
} catch(StackOverflowError e){
System.out.println("栈容量已经溢出！");
}
}
public void method(){
number++;
method();
}
}
每调用一次 method 方法，都会在虚拟机栈中创建出一个栈帧，因为是递归调用，method 方法并不会退出，也不会将栈帧销毁。
OutOfMemoryError 内存溢出异常
理论上，虚拟机栈、堆、方法区都有发生 OutOfMemoryError 的可能，但在实际项目中，大多发生在堆中：
public class HeapError {
public static void main(String[] args){
ArrayList list = new ArrayList();
while (true) {
list.add(new HeapError());
}
}
}
总结
上面说的 JVM 运行时内存5种布局只是 Java虚拟机规范中定义的规则，并不是虚拟机的具体实现。虚拟机的具体实现有很多：如 HotSpot、JRocket、IBM J9、Dalvik、ART等。
JVM示意图
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