今天开始谈论一些JVM虚拟机的知识。其实在前面叙述中多多少少已经附带提起了JVM相关的知识，如类加载、多线程相关的底层机制、方法调用、泛型的机制等等，但是实际上JVM知识会有很多，今天就把比较重要的其他一些知识再拿出来理一理。
首先要讲的也是非常基础的就是JVM的内存组成：
JVM的内存被划分5个区域：
堆区、方法区——这两个区域的数据共享
虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器——这三个区域的数据私有隔离，不可共享
接下来详细叙述一下各个区域的作用：
1、堆区
堆区是JVM中最大一块内存区域，存储着各类生成的对象、数组等，JVM8中把运行时常量池、静态变量也移到堆区进行存储。堆区被细化可以分为年轻代、老年代，而年轻代又可分为Eden区、From Survivor、To Survivor三个区域，比例是8:1:1。一个对象从生成到结束将会有机会经历堆区的不同区域完成“使命”。根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。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，将会抛出OutOfMemoryError异常
问题：什么是运行时常量池？
这个问题其实我在讲解String数据类型的时候已经详细叙述过，简单的来class文件在编译后除了存储一些类的版本、字段、方法、接口等元数据信息外，还有一部分信息是常量池，这个常量池我们称之为“静态常量池”，只是作为一种持久化数据存储在硬盘上，代表编译期生成的各种字面量和符号引用（最常见的就是字符串常量），那么这类信息被加载到内存中就会以运行时常量池的形式存在内存中，JDK7以前这类信息被存储在方法区，但是JDK7/JDK8都已经移到了堆区。这类数据变量的好处简单来说就是如果堆区中已经存在一个数据变量，即使再创建一个这样的变量，那么JVM将会直接指向已经创建好的数据，而不会再分配内存区域，这样一方面加快数据的创建，另一方面节省内存空间！但是实际上的机制要复杂一些，可以参考我之前讲述的String类去理解！
2、方法区
方法区主要是存储类的元数据的，如虚拟机加载的类信息、编译后的代码等。JDK8之前方法区的实现是被称为一种“永久代”的区域，这部分区域使用JVM内存，但是JDK8的时候便移除了“永久代（Per Gen）”，转而使用“元空间（MetaSpace）”的实现，而且很大的不同就是元空间不在共用JVM内存，而是使用的系统内存，有个测试可以很容易的证明这一点——我们现在通过动态生成类来模拟 “PermGen space”的内存溢出：
假设我们有这段程序：
package com.paddx.test.memory;
import java.io.File;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class PermGenOomMock{
public static void main(String[] args) {
URL url = null;
List<ClassLoader> classLoaderList = new ArrayList<ClassLoader>();
try {
url = new File("/tmp").toURI().toURL();
URL[] urls = {url};
while (true){
ClassLoader loader = new URLClassLoader(urls);
classLoaderList.add(loader);
loader.loadClass("com.paddx.test.memory.Test");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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以下是测试结果：
即通过类加载的机制，不断加载新的类到内存区域中，在JDK7和JDK8中，我们分别设置永久代和元空间的大小，我们发现此时内存溢出的分别是永久代和元空间，也就说在JDK8中，方法区的实现已经由永久代转变成了元空间
3、虚拟机栈
我们通常所说的“方法入栈”、“栈区”其实指代的就是虚拟机栈。但是实际上这个并不准确，我们所说的“栈区”等称呼确切的说指代的是虚拟机栈中局部变量表的部分。
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。
4、本地方法栈
从英文中我们可以很容易的看出，其实这部分区域是专门为Native方法来实现的！由于java需要与一些底层系统如操作系统或某些硬件交换信息时的情况。本地方法正是这样一种交流机制：它为我们提供了一个非常简洁的接口，而且我们无需去了解java应用之外的繁琐的细节 ，一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。方法对应的实现不是在当前文件，而是在用其他语言（如C和C++）实现的文件中。Java语言本身不能对操作系统底层进行访问和操作，但是可以通过JNI接口调用其他语言来实现对底层的访问。
5、程序计数器
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。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，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，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）。