索引：堆糊饱、棧虫埂、方法區(qū)预柒、直接內(nèi)存、堆和棧區(qū)別
所有的Java開發(fā)人員可能會遇到這樣的困惑忍些？我該為堆內(nèi)存設(shè)置多大空間呢？OutOfMemoryError的異常到底涉及到運行時數(shù)據(jù)的哪塊區(qū)域坎怪？該怎么解決呢罢坝？其實如果你經(jīng)常解決服務(wù)器性能問題，那么這些問題就會變的非常常見搅窿，了解JVM內(nèi)存也是為了服務(wù)器出現(xiàn)性能問題的時候可以快速的了解那塊的內(nèi)存區(qū)域出現(xiàn)問題嘁酿，以便于快速的解決生產(chǎn)故障。
先看一張圖男应，這張圖能很清晰的說明JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)布局闹司。
Java的內(nèi)存結(jié)構(gòu)：
JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要有三大塊：堆內(nèi)存、方法區(qū)和棧沐飘。堆內(nèi)存是JVM中最大的一塊由年輕代和老年代組成游桩，而年輕代內(nèi)存又被分成三部分，Eden空間耐朴、From Survivor空間借卧、To Survivor空間,默認情況下年輕代按照8:1:1的比例來分配；
方法區(qū)存儲類信息筛峭、常量铐刘、靜態(tài)變量等數(shù)據(jù)，是線程共享的區(qū)域影晓，為與Java堆區(qū)分镰吵，方法區(qū)還有一個別名Non-Heap(非堆)；棧又分為java虛擬機棧和本地方法棧主要用于方法的執(zhí)行俯艰。
在通過一張圖來了解如何通過參數(shù)來控制各區(qū)域的內(nèi)存大小
控制參數(shù)-Xms設(shè)置堆的最小空間大小捡遍。
-Xmx設(shè)置堆的最大空間大小。
-XX:NewSize設(shè)置新生代最小空間大小竹握。
-XX:MaxNewSize設(shè)置新生代最大空間大小画株。
-XX:MaxPermSize設(shè)置永久代最大空間大小啦辐。
-Xss設(shè)置每個線程的堆棧大小谓传。
沒有直接設(shè)置老年代的參數(shù)，但是可以設(shè)置堆空間大小和新生代空間大小兩個參數(shù)來間接控制芹关。
?老年代空間大小=堆空間大小-年輕代大空間大小
從更高的一個維度再次來看JVM和系統(tǒng)調(diào)用之間的關(guān)系
方法區(qū)和對是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域续挟；而java棧、本地方法棧和程序員計數(shù)器是運行是線程私有的內(nèi)存區(qū)域侥衬。
下面我們詳細介紹每個區(qū)域的作用
Java堆（Heap）
?1.對于大多數(shù)應(yīng)用來說诗祸，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊跑芳。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建直颅。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例博个，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存。 所有的對象實例和數(shù)組都要再堆上分配功偿，但是隨著JIT編譯器的發(fā)展和逃逸分析技術(shù)的的成熟盆佣，對象實例可以不在堆內(nèi)分配內(nèi)存，而是編譯為平臺相關(guān)的機器碼
? ? 2.Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域械荷，因此很多時候也被稱做“GC堆”共耍。如果從內(nèi)存回收的角度看，由于現(xiàn)在收集器基本都是采用的分代收集算法吨瞎，所以Java堆中還可以細分為：新生代和老年代痹兜；再細致一點的有Eden空間、From Survivor空間关拒、To Survivor空間等佃蚜。
3.根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定庸娱，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中着绊，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤空間一樣熟尉。在實現(xiàn)時归露，既可以實現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴展的斤儿，不過當(dāng)前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現(xiàn)的（通過-Xmx和-Xms控制）剧包。
4.堆內(nèi)存也可劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)（Thread Loacal Allocation buffer）
5.如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時往果，將會拋出OutOfMemoryError異常疆液。
方法區(qū)（Method Area）
? 1.方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域陕贮，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息堕油、常量、靜態(tài)變量肮之、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)掉缺。雖然Java虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆）戈擒，目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來眶明。
?2. 對于習(xí)慣在HotSpot虛擬機上開發(fā)和部署程序的開發(fā)者來說，很多人愿意把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation）筐高，本質(zhì)上兩者并不等價搜囱，僅僅是因為HotSpot虛擬機的設(shè)計團隊選擇把GC分代收集擴展至方法區(qū)丑瞧，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已。
3.Java虛擬機規(guī)范對這個區(qū)域的限制非常寬松蜀肘，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴展外嗦篱，還可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集。相對而言幌缝，垃圾收集行為在這個區(qū)域是比較少出現(xiàn)的灸促，但并非數(shù)據(jù)進入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這個區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對常量池的回收和對類型的卸載涵卵，一般來說這個區(qū)域的回收“成績”比較難以令人滿意浴栽，尤其是類型的卸載，條件相當(dāng)苛刻轿偎，但是這部分區(qū)域的回收確實是有必要的典鸡。
4.運行時常量池（runntime constant）
? 4.1 運行時常量池是方法區(qū)的一部分。class文件中除了有類的版本坏晦，字段萝玷，方法，接口等描述信息外昆婿，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table ）,用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用球碉，這部分內(nèi)容在類加載進入方法區(qū)的運行時常量池中存放，一般來說仓蛆，除了保持Class文件中描述的符號引用外睁冬，還會把翻譯出的直接引用也存儲在運行時常量池中
4.2 運行時常量池相對于class文件常量池的另一個重要特性是具備動態(tài)性，java語言并不要求常量一定要再編譯期才能產(chǎn)生看疙，也就是非預(yù)置Class文件中常量池的內(nèi)容才能進入方法區(qū)的運行時常量池豆拨，運行期也能將新的常量放入池中，運用比較多的是String的intern(）方法
總的來說：方法區(qū)的一部分能庆，在方法去中分配施禾，加載類或者接口后就創(chuàng)建運行時常量區(qū)。
? ? ? ? ? ? ? ? ? class文件每一個類或接口的常量池表(constant_pool table)的運行時表現(xiàn)形式搁胆，
? ? ? ? ? ? ? ? ? 包括編譯期的數(shù)值字面量和運行期的方法或者字段引用
根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定弥搞，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常丰涉。
程序計數(shù)器（Program Counter Register）
程序計數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間拓巧，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里（僅是概念模型一死，各種虛擬機可能會通過一些更高效的方式去實現(xiàn)）肛度，字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支投慈、循環(huán)承耿、跳轉(zhuǎn)冠骄、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成加袋。?
由于Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的凛辣，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內(nèi)核）只會執(zhí)行一條線程中的指令职烧。因此扁誓，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器蚀之，各條線程之間的計數(shù)器互不影響蝗敢，獨立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存足删。?????? 如果線程正在執(zhí)行的是一個Java方法寿谴，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是Natvie方法失受，這個計數(shù)器值則為空（Undefined）讶泰。
此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。
JVM棧（JVM Stacks）
局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean拂到、byte痪署、char、short谆焊、int惠桃、float浦夷、long辖试、double）、對象引用（reference類型劈狐，它不等同于對象本身罐孝，根據(jù)不同的虛擬機實現(xiàn)，它可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔樂实蓿部赡苤赶蛞粋€代表對象的句柄或者其他與此對象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）莲兢。
其中64位長度的long和double類型的數(shù)據(jù)會占用2個局部變量空間（Slot），其余的數(shù)據(jù)類型只占用1個续膳。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配改艇，當(dāng)進入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的坟岔，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小谒兄。
在Java虛擬機規(guī)范中，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度社付，將拋出StackOverflowError異常承疲；如果虛擬機椓诟可以動態(tài)擴展（當(dāng)前大部分的Java虛擬機都可動態(tài)擴展，只不過Java虛擬機規(guī)范中也允許固定長度的虛擬機棧）燕鸽，當(dāng)擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存時會拋出OutOfMemoryError異常兄世。
本地方法棧（Native Method Stacks）
本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)啊研，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的Native方法服務(wù)御滩。虛擬機規(guī)范中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒有強制規(guī)定党远，因此具體的虛擬機可以自由實現(xiàn)它艾恼。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。與虛擬機棧一樣麸锉，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常钠绍。
直接內(nèi)存（Direct Memory）
直接內(nèi)存并不是虛擬機規(guī)范定義的內(nèi)存區(qū)域，但是這部分內(nèi)存也會別我們經(jīng)常使用花沉，并且也會導(dǎo)致OutOfMemonryError
在JDK 1.4中新加入了NIO（new Input/Output）類,引入了基于通道（Channal）與緩沖區(qū)的I/O方式柳爽，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進行操作碱屁，這樣能在一些場景中顯著提升操作I/O的性能磷脯，因為他避免了在java堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。但是直接內(nèi)存在申請初始化內(nèi)存的的時間明顯要比對象在java堆中申請內(nèi)存所花費的時間多娩脾。
直接內(nèi)存受到計算書內(nèi)存的限制（包括RAM以及SWAP區(qū)赵誓，或者分頁文件），也受處理器尋址空間的限制柿赊。
使用直接內(nèi)存的場景：有很大的數(shù)據(jù)需要存儲俩功，生命周期很長
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 很頻繁的IO操作，比如網(wǎng)絡(luò)并發(fā)場景
參考
《深入理解Java虛擬機》
http://www.importnew.com/23746.html
