我們都知道，我們寫的Java程式需要先經過編譯，生成了.class文件（位元組碼文件）。然而，電腦並不能直接解釋.class文件裡面的內容，這時候就需要一個能載入、解釋.class文件並且能按.class文件里的內容進行處理的一個東西--JVM。 JVM，就是Java虛擬機。它是一種規範，有針對不同 ...
我們都知道，我們寫的Java程式需要先經過編譯，生成了.class文件（位元組碼文件）。然而，電腦並不能直接解釋.class文件裡面的內容，這時候就需要一個能載入、解釋.class文件並且能按.class文件里的內容進行處理的一個東西--JVM。
JVM，就是Java虛擬機。它是一種規範，有針對不同系統的特定實現（Linux，Windows，macOS）。這樣，相同的位元組碼就能在不同的系統上運行，實現了跨平臺運行（Write Once, Run Anywhere）。
JVM的記憶體結構
上圖是JDK1.8的JVM記憶體結構，可以看出記憶體結構分為程式計數器、Java虛擬機棧、本地方法棧、堆、元空間，其中程式計數器、Java虛擬機棧、本地方法棧是線程獨享的（按線程隔離），其生命周期和所線上程相同，而堆、元空間是線程共用的。
程式計數器
程式計數器是一塊較小的記憶體空間，可以看作是當前線程所執行的位元組碼的行號指示器。位元組碼解釋器工作時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，分支、迴圈、跳轉、異常處理、線程恢復等功能都需要依賴這個計數器來完成。
註意：程式計數器是唯一一個不會出現 OutOfMemoryError 的記憶體區域，它的生命周期隨著線程的創建而創建，隨著線程的結束而死亡。
Java虛擬機棧
每個Java方法在執行時都會創建一個棧幀（Java方法執行的記憶體模型）。每一個方法從被調用到執行完成的過程，就是一個棧幀在Java虛擬機棧中入棧到出棧的過程。棧是先進後出的數據結構，也就是說，後被調用的Java方法會先結束。
上圖就是一個Java虛擬機棧的結構，一個Java虛擬機棧是由一個個棧幀組成的，而每個棧幀中都擁有局部變數表、操作數棧、動態鏈接、方法返回地址。
Java虛擬機棧可能會出現以下兩種錯誤：
StackOverFlowError：若棧的記憶體大小不允許動態擴展，那麼當線程請求棧的深度超過當前Java虛擬機棧的最大深度的時候，就拋出StackOverFlowError錯誤。
OutOfMemoryError：如果棧的記憶體大小可以動態擴展，如果虛擬機在動態擴展棧時無法申請到足夠的記憶體空間，則拋出OutOfMemoryError異常。
局部變數表
主要存放了編譯期可知的各種數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference 類型，它不同於對象本身，可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置）。
操作數棧
主要作為方法調用的中轉站使用，用於存放方法執行過程中產生的中間計算結果。另外，計算過程中產生的臨時變數也會放在操作數棧中。
動態鏈接
主要服務一個方法需要調用其他方法的場景。在 Java 源文件被編譯成位元組碼文件時，所有的變數和方法引用都作為符號引用（Symbilic Reference）保存在 Class 文件的常量池裡。當一個方法要調用其他方法，需要將常量池中指向方法的符號引用轉化為其在記憶體地址中的直接引用。動態鏈接的作用就是為了將符號引用轉換為調用方法的記憶體地址的直接引用。
本地方法棧
本地方法棧與Java虛擬機棧作用相似，它們之間的區別是Java虛擬機棧為虛擬機執行Java方法服務，而本地方法棧則為虛擬機使用到的Native方法服務。本地方法被執行的時候，在本地方法棧也會創建一個棧幀，用於存放該本地方法的局部變數表、操作數棧、動態鏈接、方法返回地址。
堆
堆是Java虛擬機所管理的記憶體中最大的一塊。Java堆是被所有線程共用的一塊記憶體區域，在虛擬機啟動時創建。堆的作用就是存放對象實例，幾乎所有對象實例都在這個區域分配記憶體。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此也叫GC堆（Garbage Collected Heap）。從記憶體回收的角度（收集器一般採用分代收集演算法），Java堆記憶體可以細分為：新生代和老年代。新生代再細分有：Eden區、Survivor0區、Survivor1區。
根據虛擬機規範，Java堆可以處於物理上的不連續記憶體中，只要邏輯上是連續即可。其大小可以通過-Xmx和-Xms控制。如果在堆中沒有記憶體完成實例分配，並且堆也無法擴展時會拋出OutOfMemoryError異常。
方法區
虛擬機要使用一個類時，它需要讀取並解析.class文件獲取相關信息，再將信息存入到方法區。方法區用於存放類信息、欄位信息、方法信息、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的代碼緩存等數據。
《Java 虛擬機規範》只是定義了方法區這個概念和它的作用，在不同的虛擬機實現上，方法區的實現是不同的。JDK1.8之前的方法區實現叫永久代，到了JDK1.8，方法區實現叫元空間，它取代了永久代。元空間與永久代之間最大的區別在於：元空間並不在虛擬機中，而是使用本地記憶體。因此，預設情況下，元空間的大小僅受本地記憶體限制。
元空間 (MetaSpace)替代永久代(PermGen) 的原因如下：
1、永久代受到JVM本身設置的固定大小限制，無法進行調整，而元空間使用的是直接記憶體，受本機可用記憶體的限制，雖然元空間仍舊可能溢出，但是比永久代出現的幾率會更小。
2、永久代的對象是通過FullGC進行垃圾收集，也就是和老年代同時實現垃圾收集。替換成元空間以後，簡化了Full GC。可以在不進行暫停的情況下併發地釋放類數據，同時也提升了GC的性能。
3、在JDK1.8，合併HotSpot和JRockit的代碼時, JRockit從來沒有一個叫永久代的東西, 合併之後就沒有必要額外的設置這麼一個永久代的地方了。
本文來自博客園，作者：Y00，轉載請註明原文鏈接：https://www.cnblogs.com/ayic/p/18074884
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