java虚拟机JVM内存组成结构

1.JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机就是实现这一特点的关键。

2.JVM内存模型

jvm内存结构

PC程序计数器

记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址，当线程在执行的是 Native 方法（调用本地操作系统方法）时，该计数器的值为空。另外，该内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中么有规定任何 OOM（内存溢出：OutOfMemoryError）情况的区域。

Java虚拟机栈

每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址和一些额外的附加信息。从方法调用直至执行完成的过程，对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
可以通过 -Xss 这个虚拟机参数来指定每个线程的 Java 虚拟机栈内存大小，在 JDK 1.4 中默认为 256K，而在 JDK 1.5+ 默认为 1M。

局部变量表 是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量，其中存放的数据的类型是编译期可知的各种基本数据类型、对象引用（reference）和 returnAddress 类型（它指向了一条字节码指令的地址）。
操作数栈又常被称为操作栈，操作数栈的最大深度也是在编译的时候就确定了。32 位数据类型所占的栈容量为 1,64 位数据类型所占的栈容量为 2。当一个方法开始执行时，它的操作栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令（比如：加操作、赋值元算等）向操作栈中写入和提取内容，也就是入栈和出栈操作。
动态连接 每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。Class 文件的常量池中存在有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用，一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用（如 final、static 域等），称为静态解析，另一部分将在每一次的运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。
方法返回地址 当一个方法被执行后，有两种方式退出该方法：执行引擎遇到了任意一个方法返回的字节码指令或遇到了异常，并且该异常没有在方法体内得到处理。方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出站，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，如果有返回值，则把它压入调用者栈帧的操作数栈中，调整 PC 计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。

该区域可能抛出以下异常：

当线程请求的栈深度超过最大值，会抛出 StackOverflowError 异常；
栈进行动态扩展时如果无法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常。

本地方法栈

本地方法栈与 Java 虚拟机栈类似，只不过本地方法栈是为本地方法服务。

堆

所有对象都在这里分配内存，是垃圾收集的主要区域。堆分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。新生代又可分为伊甸园区（Eden space）和两个幸存者区（Survivor pace）。
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

用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器JIT编译后的代码等数据。对这块区域进行垃圾回收的主要目标是对常量池的回收和对类的卸载，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。
-XX:PermSize设置永久代初始大小，-XX:MaxPermSize设置永久代最大值。

针对HotSpot 虚拟机
jdk1.6及之前：有永久代，方法区的数据存放在永久代中
jdk1.7：有永久代，静态变量和常量池存放在堆中;其它剩下的存放在永久代中
jdk1.8及之后：无永久代，静态变量和常量池存放在堆中；有元空间，储存元信息等数据

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class 文件中的常量池（编译器生成的字面量和符号引用）会在类加载后被放入这个区域。除了在编译期生成的常量，还允许动态生成，例如 String 类的 intern()。

字面量 指字符串字面量和声明为 final 的（基本数据类型）常量值，这些字符串字面量除了类中所有双引号括起来的字符串(包括方法体内的)，还包括所有用到的类名、方法的名字和这些类与方法的描述符、字段(成员变量)的名称和描述符、声明为final的成员变量。这些都在常量池的表中。
符号引用 指指向表中的这些字面量的引用，包括类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。只不过是以一组符号来描述所引用的目标，和内存并无关，所以称为符号引用，直接指向内存中某一地址的引用称为直接引用。

直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是 Java 虚拟机规范中定义的内存区域，它直接从操作系统中分配，因此不受 Java 堆大小的限制。
在 JDK 1.4 中新引入了 NIO 类，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在堆内存和堆外内存来回拷贝数据。

参考资料
周志明. 深入理解 Java 虚拟机 [M]. 机械工业出版社, 2011.