JVM的整体内存结构

本地方法栈

本地方法栈跟 Java 虚拟机栈的功能类似，Java 虚拟机栈用于管理 Java 函数的调用，而本地方法栈则用于管理本地方法的调用。但本地方法并不是用 Java 实现的，而是由 C 语言实现的(比如Object.hashcode方法)。

本地方法栈是和虚拟机栈非常相似的一个区域，它服务的对象是 native 方法。你甚至可以认为虚拟机栈和本地方法栈是同一个区域。

虚拟机规范无强制规定，各版本虚拟机自由实现 ，HotSpot直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一 。

方法区

方法区（Method Area）是可供各条线程共享的运行时内存区域。它存储了每一个类的结构信息，例如运行时常量池（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、还包括一些在类、实例、接口初始化时用到的特殊方法

方法区是JVM对内存的“逻辑划分”，在JDK1.7及之前很多开发者都习惯将方法区称为“永久代”，是因为在HotSpot 虚拟机中，设计人员使用了永久代来实现了 JVM 规范的方法区。在JDK1.8及以后使用了元空间来实现方法区。

元空间

方法区与堆空间类似，也是一个共享内存区，所以方法区是线程共享的。假如两个线程都试图访问方法区中的同一个类信息，而这个类还没有装入 JVM，那么此时就只允许一个线程去加载它，另一个线程必须等待。

在 HotSpot 虚拟机、Java7 版本中已经将永久代的静态变量和运行时常量池转移到了堆中，其余部分则存储在 JVM 的非堆内存中，而 Java8 版本已经将方法区中实现的永久代去掉了，并用元空间（class metadata）代替了之前的永久代，并且元空间的存储位置是本地内存。

Java8 为什么使用元空间替代永久代，这样做有什么好处呢？

官方给出的解释是：
移除永久代是为了融合 HotSpot JVM 与 JRockit VM 而做出的努力，因为 JRockit 没有永久代，所以不需要配置永久代。

永久代内存经常不够用或发生内存溢出，抛出异常 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen。这是因为在 JDK1.7 版本中，指定的 PermGen 区大小为 8M，由于 PermGen 中类的元数据信息在每次 FullGC 的时候都可能被收集，回收率都偏低，成绩很难令人满意；还有为 PermGen 分配多大的空间很难确定，PermSize 的大小依赖于很多因素，比如，JVM 加载的 class 总数、常量池的大小和方法的大小等。

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是每一个类或接口的常量池（Constant_Pool）的运行时表示形式，它包括了若干种不同的常量：从编译期可知的数值字面量到必须运行期解析后才能获得的方法或字段引用。

运行时常量池是方法区的一部分。运行时常量池相对于Class常量池的另外一个重要特征是具备动态性。

堆

堆是 JVM 上最大的内存区域，我们申请的几乎所有的对象，都是在这里存储的。我们常说的垃圾回收，操作的对象就是堆。

堆空间一般是程序启动时，就申请了，但是并不一定会全部使用。堆一般设置成可伸缩的。

随着对象的频繁创建，堆空间占用的越来越多，就需要不定期的对不再使用的对象进行回收。这个在 Java 中，就叫作 GC（Garbage Collection）。

那一个对象创建的时候，到底是在堆上分配，还是在栈上分配呢？这和两个方面有关：对象的类型和在 Java 类中存在的位置。

Java 的对象可以分为基本数据类型和普通对象。

对于普通对象来说，JVM 会首先在堆上创建对象，然后在其他地方使用的其实是它的引用。比如，把这个引用保存在虚拟机栈的局部变量表中。

对于基本数据类型来说（byte、short、int、long、float、double、char)，有两种情况。
当你在方法体内声明了基本数据类型的对象，它就会在栈上直接分配。其他情况，都是在堆上分配。

直接内存（堆外内存）

直接内存有一种更加科学的叫法，堆外内存。

JVM 在运行时，会从操作系统申请大块的堆内存，进行数据的存储；同时还有虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器，这块称之为栈区。操作系统剩余的内存也就是堆外内存。

它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；如果使用了NIO,这块区域会被频繁使用，在java堆内可以用directByteBuffer对象直接引用并操作；

这块内存不受java堆大小限制，但受本机总内存的限制，可以通过-XX:MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常。

JVM运行内存的整体流程

JVM在操作系统上启动，申请内存，先进行运行时数据区的初始化，然后把类加载到方法区，最后执行方法。

方法的执行和退出过程在内存上的体现上就是虚拟机栈中栈帧的入栈和出栈。

同时在方法的执行过程中创建的对象一般情况下都是放在堆中，最后堆中的对象也是需要进行垃圾回收清理的。

堆空间分代划分

堆被划分为新生代和老年代（Tenured），新生代又被进一步划分为 Eden 和 Survivor 区，最后 Survivor 由 From Survivor 和 To Survivor 组成。

GC

JVM（Java虚拟机）中的垃圾回收（Garbage Collection，GC）是一种自动内存管理机制，用于在运行时自动回收不再使用的对象所占用的内存空间。垃圾回收器负责识别和回收那些无效或不可访问的对象，并将它们占据的内存重新分配给其他需要的对象。

内存溢出

当JVM运行时出现内存溢出（Out of Memory）时，通常可以细分为以下几种类型：堆溢出、栈溢出、方法区溢出和本机直接内存溢出。

堆溢出（Heap Overflow）：
堆是JVM中用于存储对象实例的内存区域。当创建的对象数量超过堆的容量，或者无法为新的对象分配内存空间时，就会发生堆溢出。堆溢出常见的原因是内存泄漏（Memory Leak），即大量无用的对象被持续引用，无法被垃圾回收器回收。

栈溢出（Stack Overflow）：
栈是JVM中用于保存方法调用和局部变量的内存区域。每个线程都会有自己的栈，用于存储方法调用的状态。当递归调用或方法调用层级过深时，栈的大小会超过其容量，导致栈溢出。栈溢出可能是因为无限递归，或者某个方法持续调用自身而没有终止条件。

方法区溢出（Method Area Overflow）：
方法区是JVM中用于存储类信息、常量、静态变量以及编译器优化后的代码等数据的内存区域。当加载的类过多或者常量池中的常量数量超出方法区的限制，就可能导致方法区溢出。此外，动态生成类过多，也有可能引发方法区溢出。

本机直接内存溢出（Direct Memory Overflow）：
本机直接内存是JVM使用的一块与堆内存分离的直接内存区域。通过NIO使用直接缓冲区时，会使用本机直接内存。如果不断分配本机直接内存而没有回收，在达到操作系统对直接内存的限制后，就会发生本机直接内存溢出错误。

当发生这些溢出问题时，通常会抛出相应的异常，例如：OutOfMemoryError、StackOverflowError等。