JVM内存结构(JVM运行时内存区域结构)

Java代码是要运行在虚拟机上的，而虚拟机在执行Java程序的过程中会把所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，这些区域都有各自的用途。其中有些区域随着虚拟机进程的启动而存在，而有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。需要明确的是，jvm内存结构和java内存模型不是一个概念。jvm内存结构指的是jvm运行时内存区域结构，基于java虚拟机，是JVM的一部分；而java内存模型是JMM，是基于Java而言，jvm只是java的一部分。关于JMM可以参考笔者之前写过的《java内存模型》这篇文章。jvm内存结构如图所示：

JVM内存结构主要有三大块：堆内存、方法区和栈。堆内存是JVM中最大的一块由年轻代和老年代组成，而年轻代内存又被分成三部分，Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间,默认情况下年轻代按照8:1:1的比例来分配；
堆内存、方法区和栈三折的关系，直观一点可以看下面这张图，

Java堆(Heap)

堆是Java虚拟机管理的内存最大的一块，也是垃圾回收重点照顾的对象。Java堆是所有线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建，这块区域主要是用来存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，就会抛出OutOfMemoryError异常

方法区(Method Area)

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。为了线程切换后能恢复到正确的执⾏位置，每条线程都需要有⼀个独⽴的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独⽴存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。它是线程私有的，随着线程的消亡而消亡。
此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

JVM栈（JVM Stacks）

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈（Native Method Stacks）

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

运⾏时常量池

运⾏时常量池是⽅法区的⼀部分，Class⽂件除了有类的版本、字段、⽅法、接⼝等描述信息外，还有⼀项信息是常量池，⽤于存放编译器⽣成的各种字⾯量和符号引⽤，这部分内容将在类加载后进⼊⽅法区的运⾏时常量池中存放。

再通过一张图来了解如何通过参数来控制各区域的内存大小

控制参数

-Xms设置堆的最小空间大小。

-Xmx设置堆的最大空间大小。

-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。

-XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。

-XX:PermSize设置永久代最小空间大小。

-XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。

-Xss设置每个线程的堆栈大小。

没有直接设置老年代的参数，但是可以设置堆空间大小和新生代空间大小两个参数来间接控制。

老年代空间大小=堆空间大小-年轻代大空间大小

参考：
https://www.hollischuang.com/archives/2509
https://www.cnblogs.com/ityouknow/p/5610232.html
《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》