Java 虚拟机的内存空间分为 5 个部分： 程序计数器 ，Java 虚拟机栈 ，本地方法栈 ，堆 ，方法区
程序计数器 ，Java 虚拟机栈 ，本地方法栈 是线程隔离的
JDK 1.8 同 JDK 1.7 比，最大的差别就是：元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类 似，都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间 并不在虚拟机中，而是使用本地内存。
程序计数器
定义：程序计数器是一块较小的内存空间，是当前线程正在执行的那条字节码指令的地址。若当前线 程正在执行的是一个本地方法，那么此时程序计数器为 空
作用：字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制。 在多线程情况下，程序计数器记录的是当前线程执行的位置，从而当线程切换回来时，就 知道上次线程执行到哪了。
特点：是一块较小的内存空间。 线程私有，每条线程都有自己的程序计数器。 生命周期：随着线程的创建而创建，随着线程的结束而销毁。 是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域。
程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置
Java 虚拟机栈
为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到，虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的
定义：描述 Java 方法运行过程的内存模型
栈的大小可以固定也可以动态扩展
Java 虚拟机栈会为每一个即将运行的 Java 方法创建一块叫做“栈帧”的区域，用于存放该方法运 行过程中的一些信息，如： 局部变量表 操作数栈 动态链接 方法出口信息
局部变量表 存放 编译期可知的各种数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用
动态链接
压栈出栈过程 ：当方法运行过程中需要创建局部变量时，就将局部变量的值存入栈帧中的局部变量表中。 Java 虚拟机栈的栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈，也就是当前正在执行的方法，PC 寄存 器也会指向这个地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作数栈使用，当在这个栈帧中 调用另一个方法，与之对应的栈帧又会被创建，新创建的栈帧压入栈顶，变为当前的活动栈 帧。 方法结束后，当前栈帧被移出，栈帧的返回值变成新的活动栈帧中操作数栈的一个操作数。如 果没有返回值，那么新的活动栈帧中操作数栈的操作数没有变化。
注意：由于Java 虚拟机栈是与线程对应的，数据不是线程共享的，因此不用关心数据一致性 问题，也不会存在同步锁的问题。
特点：（1）局部变量表随着栈帧的创建而创建，它的大小在编译时确定，创建时只需分配事先规定的 大小即可。在方法运行过程中，局部变量表的大小不会发生改变。
（2）Java 虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。 StackOverFlowError 若 Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度 超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度时，抛出 StackOverFlowError 异常。 OutOfMemoryError 若允许动态扩展，动态扩展栈或线程创建时无法分配足够内存：此溢出一般出现在创建新的线程时。创建新的线程，需要在栈上为其分配存储，如果此时栈上存储不足以分配则会报出OutOfMemoryError异常。出现 StackOverFlowError 时，内存空间可能还有很多。
（3）Java 虚拟机栈也是线程私有，随着线程创建而创建，随着线程的结束而销毁。
HotSpot 虚拟机的栈容量不允许动态扩展
本地⽅法栈
定义：本地⽅法栈与 Java 虚拟机栈类似，它们之间的区别只不过是本地⽅法栈为本地⽅法服务。 本地⽅法⼀般是⽤其它语⾔（C、C++ 或汇编语⾔等）编写的，
并且被编译为基于本机硬件和操作系统 的程序，对待这些⽅法需要特别处理。
栈帧变化过程： 本地方法被执行时，在本地方法栈也会创建一块栈帧，用于存放该方法的局部变量表、操作数 栈、动态链接、方法出口信息等。 方法执行结束后，相应的栈帧也会出栈，并释放内存空间。也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。
注意:如果 Java 虚拟机本身不支持 Native 方法，或是本身不依赖于传统栈，那么可以不提 供本地方法栈。如果支持本地方法栈，那么这个栈一般会在线程创建的时候按线程分 配。
堆
定义:堆是用来存放对象的内存空间，几乎所有的对象都存储在堆中
特点：(1)线程共享，整个 Java 虚拟机只有一个堆，所有的线程都访问同一个堆
(2)在虚拟机启动时创建。 (3)是垃圾回收的主要场所,不同的区域存放不同生命周期的对象，这样可以根据不同的区域使用不同的垃圾回收算法，更 具有针对性。
(4)进一步可分为：新生代(Eden区 From Survior To Survivor)、老年代。
注意：堆所使用的内存不需要保证是连续的。而由于堆是被所有线程共享的，所以对它 的访问需要注意同步问题，方法和对应的属性都需要保证一致性。
堆的大小既可以固定也可以扩展，但对于主流的虚拟机，堆的大小是可扩展的，因此当线程请 求分配内存，但堆已满，且内存已无法再扩展时，就抛出 OutOfMemoryError 异常。
可以通过 -Xms 和 -Xmx 这两个虚拟机参数来指定⼀个程序的堆内存⼤⼩，第⼀个参数设置初始值，第 ⼆个参数设置最⼤值。
⽅法区
定义：方法区是堆的一个逻辑部分。方法区存放以下信息： 已经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
特点：（1）线程共享。 方法区是堆的一个逻辑部分，因此和堆一样，都是线程共享的。整个虚拟机中 只有一个方法区。
（2）永久代。 方法区中的信息一般需要长期存在，而且它又是堆的逻辑分区，因此用堆的划分 方法，把方法区称为“永久代”。
（3）内存回收效率低。 方法区中的信息一般需要长期存在，回收一遍之后可能只有少量信息无 效。主要回收目标是：对常量池的回收；对类的卸载。
但是⼀般⽐较难实现。 HotSpot 虚拟机把它当成永久代来进⾏垃圾回收。但很难确定永久代的⼤⼩，因为它受到很
多因素影 响，并且每次 Full GC 之后永久代的⼤⼩都会改变，所以经常会抛出 OutOfMemoryError 异常。为了更 容易管理⽅法区，从 JDK 1.8 开始，移除永久代，并把⽅法区移⾄元空间，
它位于本地内存中，⽽不是虚拟机内存中。 ⽅法区是⼀个 JVM 规范，永久代与元空间都是其⼀种实现⽅式。在 JDK 1.8 之后，原来永久代的数据 被分到了堆和元空间中。元空间存储类
的元信息，静态变量和常量池等放⼊堆中。
为什么要将永久代 (PermGen) 替换为元空间
1 整个永久代有一个 JVM 本身设置的固定大小上限，无法进行调整，而元空间使用的是直接内存，受本机可用内存的限制，虽然元空间仍旧可能溢出，但是比原来出现的几率会更小
2 元空间里面存放的是类的元数据，这样加载多少类的元数据就不由 MaxPermSize 控制了, 而由系统的实际可用空间来控制，这样能加载的类就更多了
（4）Java 虚拟机规范对方法区的要求比较宽松。 和堆一样，允许固定大小，也允许动态扩展， 还允许不实现垃圾回收
方法区和永久代的关系很像 Java 中接口和类的关系，类实现了接口，而永久代就是 HotSpot 虚拟机对虚拟机规范中方法区的一种实现方式。 也就是说，永久代是 HotSpot 的概念，方法区是 Java 虚拟机规范中的定义，是一种规范，而永久代是一种实现，一个是标准一个是实现，其他的虚拟机实现并没有永久代这一说法。
运⾏时常量池
方法区中存放：类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。还有常量池表（用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用）
- JDK1.7 之前，运行时常量池包含的字符串常量池和静态变量存放在方法区, 此时 hotspot 虚拟机对方法区的实现为永久代。
- JDK1.7 字符串常量池和静态变量被从方法区拿到了堆中, 这里没有提到运行时常量池,也就是说字符串常量池被单独拿到堆,运行时常量池剩下的东西还在方法区, 也就是 hotspot 中的永久代 。
- JDK1.8 hotspot 移除了永久代用元空间(Metaspace)取而代之, 这时候字符串常量池还在堆, 运行时常量池还在方法区, 只不过方法区的实现从永久代变成了元空间(Metaspace)
基本数据类型的值是超过一定类型之后才会被放入常量池
运行时常量池 :class 文件加载到内存之后，经过验证 链接一系列操作后，将所有符号替换为真正的内存地址
直接内存（堆外内存）
直接内存是除 Java 虚拟机之外的内存，但也可能被 Java 使用。直接内存的大小不受JAVA 虚拟机控制
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
直接内存与堆内存比较
直接内存申请空间耗费更高的性能 因为它对外
直接内存读取 IO 的性能要优于普通的堆内存。因为堆内内存需要先把数据读到直接内存然后放到堆内内存 要2步
直接内存作用链： 本地 IO -> 直接内存 -> 本地 IO 堆内存作用链：本地 IO -> 直接内存 -> 非直接内存 -> 直接内存 -> 本地 IO
服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置 -Xmx 等参数信息，但经常 忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制，从而导致动态扩展时出 现 OutOfMemoryError 异常。