JVM内存分布
JVM内存分布图
执行字节码的模块叫做执行引擎，执行引擎依靠程序计数器恢复线程切换。本地内存包含元数据区域以及一些直接内存。
程序计数器（Program Counter Register）
是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行字节码的行号指示器，指向下一个将要执行的指令代码，由执行引擎来读取下一条指令。更确切的说，一个线程的执行，是通过字节码解释器改变当前线程的计数器的值，来获取下一条需要执行的字节码指令，从而确保线程的正确执行。
为了确保线程切换后（上下文切换）能恢复到正确的执行位置，每个线程都有一个独立的程序计数器，各个线程的计数器互不影响，独立存储。也就是说程序计数器是线程私有的内存。
如果线程执行 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；如果执行的是 Native 方法，计数器值为Undefined。
程序计数器不会发生内存溢出（OutOfMemoryError即OOM）问题。
JAVA虚拟机栈
栈帧是栈的元素。每个方法在执行时都会创建一个栈帧。栈帧中存储了局部变量表、操作数栈、动态连接和方法出口等信息。每个方法从调用到运行结束的过程，就对应着一个栈帧在栈中压栈到出栈的过程。
局部变量表
栈帧中，由一个局部变量表存储数据。局部变量表中存储了基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）的局部变量（包括参数）、和对象的引用（String、数组、对象等），但是不存储对象的内容。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。局部变量的容量以变量槽（Variable Slot）为最小单位，每个变量槽最大存储32位的数据类型。对于64位的数据类型（long、double），JVM 会为其分配两个连续的变量槽来存储。以下简称 Slot 。
JVM 通过索引定位的方式使用局部变量表，索引的范围从0开始至局部变量表中最大的 Slot 数量。普通方法与 static 方法在第 0 个槽位的存储有所不同。非 static 方法的第 0 个槽位存储方法所属对象实例的引用。
Slot 可以被复用。
变量能否被回收的关键就在于：局部变量表中的 Slot 是否还存有关于对象的引用。
操作数栈
操作数栈是一个后进先出栈。操作数栈的元素可以是任意的Java数据类型。方法刚开始执行时，操作数栈是空的，在方法执行过程中，通过字节码指令对操作数栈进行压栈和出栈的操作。通常进行算数运算的时候是通过操作数栈来进行的，又或者是在调用其他方法的时候通过操作数栈进行参数传递。操作数栈可以理解为栈帧中用于计算的临时数据存储区。
public class OperandStack{ public static int add(int a, int b){ int c = a + b; return c; } public static void main(String[] args){ add(100, 98); } }
add 方法刚开始执行时，操作数栈是空的。当执行 iload_0 时，把局部变量 0 压栈，即 100 入操作数栈。然后执行 iload_1，把局部变量1压栈，即 98 入操作数栈。接着执行 iadd，弹出两个变量（100 和 98 出操作数栈），对 100 和 98 进行求和，然后将结果 198 压栈。然后执行 istore_2，弹出结果（出栈）。
下面通过一张图，对比执行100+98操作，局部变量表和操作数栈的变化情况。
本地方法栈
为 JVM 使用到的 Native 方法服务。
堆
堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块存储区域。堆内存被所有线程共享。主要存放使用new关键字创建的对象。所有对象实例以及数组都要在堆上分配。垃圾收集器就是根据GC算法，收集堆上对象所占用的内存空间（收集的是对象占用的空间而不是对象本身）。
Java堆分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）；年轻代又分为伊甸园（Eden）和幸存区（Survivor区）；幸存区又分为From Survivor空间和 To Survivor空间。
年轻代存储“新生对象”，我们新创建的对象存储在年轻代中。当年轻内存占满后，会触发Minor GC，清理年轻代内存空间。
老年代存储长期存活的对象和大对象。年轻代中存储的对象，经过多次GC后仍然存活的对象会移动到老年代中进行存储。老年代空间占满后，会触发Full GC。
注：Full GC是清理整个堆空间，包括年轻代和老年代。如果Full GC之后，堆中仍然无法存储对象，就会抛出OutOfMemoryError异常。
新生代分为Eden，from Survivor， to survivor 默认 8 ： 1 ： 1
因为新生代对象大部分都会被垃圾回收，所以采用的垃圾回收算法是复制算法。
对象总是在 Eden 区出生， From Survivor 保存当前的幸存对象， To Survivor 为空。一次 gc 发生后：
- Eden 区活着的对象 ＋ From Survivor 存储的对象被复制到 To Survivor 。
- 清空 Eden 和 From Survivor 。
- 颠倒 From Survivor 和 To Survivor 的逻辑关系： From 变 To ， To 变 From 。
方法区
方法区同 Java 堆一样是被所有线程共享的区间，当虚拟机要使用一个类时，它需要读取并解析 Class 文件获取相关信息，再将信息存入到方法区。方法区会存储已被虚拟机加载的类信息、字段信息、方法信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。
方法区和永久代以及元空间是什么关系呢？ 方法区和永久代以及元空间的关系很像 Java 中接口和类的关系，类实现了接口，这里的类就可以看作是永久代和元空间，接口可以看作是方法区，也就是说永久代以及元空间是 HotSpot 虚拟机对虚拟机规范中方法区的两种实现方式。并且，永久代是 JDK 1.8 之前的方法区实现，JDK 1.8 及以后方法区的实现变成了元空间。
注：JDK1.8 使用元空间 MetaSpace 替代方法区，元空间并不在 JVM中，而是使用本地内存。元空间两个参数：
- MetaSpaceSize：初始化元空间大小，控制发生GC阈值
- MaxMetaspaceSize ： 限制元空间大小上限，防止异常占用过多物理内存
运行时常量池
Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有用于存放编译期生成的各种字面量（Literal）和符号引用（Symbolic Reference）的 常量池表(Constant Pool Table) 。
字面量是源代码中的固定值的表示法，即通过字面我们就能知道其值的含义。字面量包括整数、浮点数和字符串字面量，符号引用包括类符号引用、字段符号引用、方法符号引用和接口方法符号引用。
常量池表会在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
运行时常量池的功能类似于传统编程语言的符号表，尽管它包含了比典型符号表更广泛的数据。
既然运行时常量池是方法区的一部分，自然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 错误。
字符串常量池
字符串常量池是JVM为了提升性能和减少内存消耗针对字符串（String 类）专门开辟的一块区域，主要目的是为了避免字符串的重复创建。
// 在堆中创建字符串对象”ab“ // 将字符串对象”ab“的引用保存在字符串常量池中 String aa = "ab"; // 直接返回字符串常量池中字符串对象”ab“的引用 String bb = "ab"; System.out.println(aa==bb);// true
HotSpot 虚拟机中字符串常量池的实现是 src/hotspot/share/classfile/stringTable.cpp ,StringTable 本质上就是一个HashSet ,容量为 StringTableSize（可以通过 -XX:StringTableSize 参数来设置）。
StringTable 中保存的是字符串对象的引用，字符串对象的引用指向堆中的字符串对象。
JDK1.7 之前，字符串常量池存放在永久代。JDK1.7 字符串常量池和静态变量从永久代移动了 Java 堆中。
JDK 1.7 为什么要将字符串常量池移动到堆中？
主要是因为永久代（方法区实现）的 GC 回收效率太低，只有在整堆收集 (Full GC)的时候才会被执行 GC。Java 程序中通常会有大量的被创建的字符串等待回收，将字符串常量池放到堆中，能够更高效及时地回收字符串内存。
直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是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 错误出现。
JDK1.4 中新加入的 NIO(New Input/Output) 类，引入了一种基于通道（Channel）与缓存区（Buffer）的 I/O 方式，它可以直接使用 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。这样就能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆之间来回复制数据。
本机直接内存的分配不会受到 Java 堆的限制，但是，既然是内存就会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。
各个区溢出场景
虚拟机栈溢出
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出Stack overflow Error异常。
- 如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，将抛出OutOfMemoryError异常。可以通过不断建立线程的方式，产生OutOfMemoryError异常，但是这样产生的内存溢出异常和栈空间是否足够并不存在任何直接关系，反而取决于操作系统本身的内存使用状态。在这种情况下给每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。譬如32位的Windows限制为2GB。虚拟机提供了参数来控制Java堆和方法区的这两部分内存的最大值。剩余的内存为2GB（操作系统限制）减去Xmx（最大堆容量），再减去MaxPermSize（最大方法区容量），程序计数器消耗内存很小，可以忽略掉。如果虚拟机进程本身耗费的内存不计算在内，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈“瓜分”了。每个线程分配到的栈容量越大，可以建立的线程数量自然就越少，建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽。
方法区溢出
借助cglib动态生成代理类。
运行时常量池溢出
通过String的intern方法，把字符串常量不断加入常量池。
