概览

1. jdk8 之前

2. jdk8 之后

• 线程共享：堆、方法区、元数据区(直接内存)

详解

1. 本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的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，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。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。

线程开始调用本地方法时，会进入不再受 JVM 约束的世界。本地方法可以通过 JNI(Java Native Interface)来访问虚拟机运行时的数据区，甚至可以调用寄存器，具有和 JVM 相同的能力和权限。 当大量本地方法出现时，势必会削弱 JVM 对系统的控制力，因为它的出错信息都比较黑盒。对内存不足的情况，本地方法栈还是会抛出 nativeheapOutOfMemory。

2. 程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器,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。他的作用主要包含如下两点:

• 字节码解释器工作时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、线程恢复等功能都需要依赖这个计数器来完成。
• 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。

3. 虚拟机栈

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：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame，是方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、 操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从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入栈到出栈的过程。在活动线程中，只有位栈顶的帧才是有效的，称为当前栈帧。正在执行的方法称为当前方法，栈帧是方法运行的基本结构。在执行引擎运行时，所有指令都只能针对当前栈帧进行操作。

• 局部变量表:主要存放了编译期可知的各种数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置。
• 操作数栈:操作栈是个初始状态为空的桶式结构栈。在方法执行过程中， 会有各种指令往栈中写入和提取信息。JVM 的执行引擎是基于栈的执行引擎， 其中的栈指的是操作栈。字节码指令集的定义都是基于栈类型的，栈的深度在方法元信息的 stack 属性中。
• 动态链接:每个栈帧中包含一个在常量池中对当前方法的引用， 目的是支持方法调用过程的动态连接。
• 方法出口信息:方法在正常退出和异常退出时都将返回至方法当前被调用的位置。方法退出的过程相当于弹出当前栈帧。

虚拟机栈容易出现两种错误:StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。

• StackOverFlowError： 若 Java 虚拟机栈的内存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的时候，就抛出 StackOverFlowError 错误。
• OutOfMemoryError： 若 Java 虚拟机堆中没有空闲内存，并且垃圾回收器也无法提供更多内存的话。就会抛出 OutOfMemoryError 错误。

4. JAVA堆

Java 堆（Java Heap）是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以 Java 堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等。从内存分配的角度来看，线程共享的 Java 堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。

堆内存分布如图

5. 元数据区

在 Java 8 之前，生成的 X.class这些类的元数据信息是放在堆上一个叫 Perm 区的内存里面的。更早版本，甚至 String.intern 相关的运行时常量池也放在这里。原来的 Perm 区（又称为永久代）是在堆上的，这个区域有大小限制，而且不会垃圾回收，因此很容易造成 JVM 内存溢出，从而造成 JVM 崩溃。
Perm 区在 Java 8 中已经被彻底废除，取而代之的是 Metaspace。现在的元空间是在非堆上的，这是背景。看下图：

元数据区有优点也有缺点

优点：使用非堆可以使用操作系统的内存，JVM 不会再出现方法区的内存溢出；
缺点：无限制的使用会造成操作系统的死亡。所以，一般也会使用参数 -XX:MaxMetaspaceSize 来控制大小，如果不设置仅仅会受限于物理内存的大小