1. JVM 記憶體模型

Java虛擬機器記憶體的各個區域包括：

• 程式計數器
• Java虛擬機器棧
• 本地方法棧
• Java堆
• 方法區

2. 程式計數器

什麼是程式計數器呢？

• 程式計數器是一塊較小的記憶體空間,它可以是當前程式所執行的位元組碼的行號指示器。

• 注意：如果執行緒正在執行的是java的方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機器位元組碼指令的地址；如果正在執行的是Native方法，這個計數器值則為空（Undefined）。

程式計數器的作用

• 位元組碼直譯器工作時，就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令，從而分支、迴圈、跳轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都需要依賴此計數器來完成。

• 在多執行緒的情況下，在任何一個確定的時刻，一個處理器都只會執行一條執行緒中的指令。執行緒切換後，能恢復到正確的執行位置。

程式計數器的特點

• 是一塊較小的記憶體空間
• “執行緒私有”;每條執行緒都有一個獨立的程式計數器，各個執行緒之間計數器互不影響，獨立儲存。
• 是唯一一個在Java虛擬機器規範中沒有任何OutOfMemoryError情況的區域。

3. Java虛擬機器棧

什麼是Java虛擬機器棧？

• 描述的是Java方法執行的記憶體模型。每個方法在執行的同時會建立一個棧幀用於儲存區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口等。

• 當方法在執行過程中需要建立區域性變數時，就將區域性變數的值存入棧幀的區域性變量表中，當這個方法執行完畢後，這個方法所對應的棧幀將會出棧，並釋放記憶體空間。

• 注意： 人們常說，Java記憶體區分為棧 和 堆，棧中存放區域性變數，堆中存放物件。這裡所說的棧只代表了Java虛擬機器棧中的區域性變量表部分。真正的Java虛擬機器棧是由一個個棧幀組成，每個棧幀都擁有：區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口資訊。

Java虛擬機器棧的特點

• 區域性變量表的建立是在方法被執行的時候，隨著棧幀的建立而建立。而且，區域性變量表所需的記憶體空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法需要在幀中分配多大的區域性變數空間是完全確定的，在方法 執行期間不會改變區域性變量表的大小。

• 如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，將丟擲StackOverflowError

  異常；如果虛擬機器棧可以動態擴充套件，如果擴充套件時無法申請到足夠的記憶體，就會丟擲OutOfMemoryError異常。

• Java虛擬機器棧也是執行緒私有的，每個執行緒都有各自的Java虛擬機器棧，而且隨著執行緒的死亡而死亡。

• 注意： StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError的異同。
  StackOverFlowError 表示當前執行緒申請的棧超過了事先定好的棧的最大深度，但記憶體空間肯還有很多。而OutOfMemoeryError是指當執行緒申請棧時發現棧已經滿了，而且記憶體也都用光了。

本地方法棧

什麼是本地方法棧？

• 本地方法棧與虛擬機器棧所發揮的作用是非常相似的，他們的區別是虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法服務，而本地方法棧則為虛擬機器使用到 的Native方法服務。

• 本地方法被執行的時候，在本地方法棧也會建立一個棧幀，用於存放該本地方法的區域性變量表、運算元棧、動態連結、出口資訊。

• 方法執行完畢後相應的棧幀也會出棧並釋放記憶體空間。也會丟擲StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError異常。

Java堆

什麼是堆？

• java 堆是Java虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊，被所有執行緒共享的區域，存放物件例項，幾乎所有物件例項都在這裡分配記憶體。

堆的特點

• 執行緒共享：整個java虛擬機器只有一個堆，所有的執行緒都訪問同一個堆。而程式計數器、java虛擬機器棧、本地方法棧都是一個執行緒對應一個。

• 線上程啟動時被建立。

• 垃圾收集器管理的主要區域。

• Java堆中還可以細分為：新生代和老年代，再細緻一點有：Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間。不同的區域存放具有不同宣告週期的物件。這樣可以根據
  不同的區域使用不同的垃圾回收演算法，從而更具有針對性，從而更加高效。

• java-堆裡面的分割槽：Eden，survival(from) to，老年代，各自的特點。

  • Eden區
    Eden區位於Java堆的年輕代，是新物件分配記憶體的地方，由於堆是所有執行緒共享的，因此在堆上分配記憶體需要加鎖。而Sun JDK為提升效率，會為每個新建的執行緒在Eden上分配一塊獨立的空間由該執行緒獨享，這塊空間稱為TLAB（Thread Local Allocation Buffer）。在TLAB上分配記憶體不需要加鎖，因此JVM在給執行緒中的物件分配記憶體時會盡量在TLAB上分配。如果物件過大或TLAB用完，則仍然在堆上進行分配。如果Eden區記憶體也用完了，則會進行一次Minor GC（young GC）。

  • Survival from to
    Survival區與Eden區相同都在Java堆的年輕代。Survival區有兩塊，一塊稱為from區，另一塊為to區，這兩個區是相對的，在發生一次Minor GC後，from區就會和to區互換。在發生Minor GC時，Eden區和Survivalfrom區會把一些仍然存活的物件複製進Survival to區，並清除記憶體。Survival to區會把一些存活得足夠舊的物件移至年老代。

  • 年老代
    年老代裡存放的都是存活時間較久的，大小較大的物件，因此年老代使用標記整理演算法。當年老代容量滿的時候，會觸發一次Major GC（full GC），回收年老代和年輕代中不再被使用的物件資源。

• 執行緒共享的java堆可能劃分出多個執行緒私有的分配緩衝區，儲存的都是物件例項，進一步劃分的目的是為了更好的回收記憶體，更快的分配記憶體。

• 堆的大小既可以實現固定大小的，也可以是可擴充套件的。主流的虛擬機器都是按照可擴充套件的來實現的。當執行緒請求分配記憶體，但堆中沒有記憶體完成例項分配，並且堆也無法擴充套件時，將會丟擲OutOfMemoryError。

方法區

什麼是方法區？

• 描述為堆的一個邏輯分割槽，別名：Non-Heap（非堆）。
• 是各個執行緒共享的記憶體區域，它用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯後的程式碼等資料。

方法區特點

• 執行緒共享，方法區是堆的一個邏輯分割槽，和堆一樣，都是執行緒共享的，整個虛擬機器中只有一個方法區。

• 永久代,方法區中的資訊一般需要長期存在而且它又是堆的邏輯分割槽，因此用堆的劃分方法，我們把方法區成為老年代

• 記憶體回收效率低，方法區中的資訊一般需要長期存在，回收一遍記憶體之後可能只有少量資訊無效。對方法區的記憶體回收的主要目標是：對常量池的回收和型別的解除安裝。

• Java虛擬機器規範對方法區的限制非常寬鬆，和java堆一樣不需要連續的記憶體和可以選擇固定的大小或者可擴充套件，還可以不實現垃圾收集。

什麼是執行常量池？

• 方法區中存放 三種資料：類資訊、常量、靜態變數、即時編譯後的程式碼。其中常量儲存在執行時常量池中。

• 我們一般在一個類中通過public static final來宣告一個常量。這個類被編譯後便生成Class檔案，這個類的所有資訊都儲存在這個class檔案中。

• 當這個類被Java虛擬機器載入後，class檔案中的常量就存放在方法區的執行時常量池中。而且在執行期間，可以向常量池中新增新的常量。如：String類的intern()方法就能在執行期間向常量池中新增字串常量。

• 執行時，常量池是方法區的一部分，自然受到方法區記憶體的限制，當常量池無法再申請到記憶體時會丟擲OutOfMemoryError異常。

直接記憶體

• 直接記憶體是除java虛擬機器之外的記憶體，但也可能被java使用。

• 在NIO中引入了一種基於通道和緩衝的IO方式。它可以通過呼叫本地方法直接分配Java虛擬機器之外的記憶體，然後通過一個儲存在Java堆中的DirectByteBuffer物件直接操作該記憶體，而無需先將外面記憶體中的資料複製到堆中再操作，從而提升了資料操作的效率。

• 直接記憶體的大小不受Java虛擬機器控制，但既然是記憶體，當記憶體不足時就會丟擲OOM異常。