1 什么是Java内存区域
总所周知，现代计算机中的程序要想得到执行，得先将代码载入内存中，程序在运行时产生的数据也会放置在内存中。为了更好的管理内存中的数据，JVM规范规定了几个运行时数据区域，这些区域都有各自的用途以及创建和销毁时间，有的区域自虚拟机进程启动直到虚拟机进程销毁，有些区域则随着线程的启动而启动，线程的销毁而销毁。
在虚拟机的自动内存管理下，Java程序员不需要像C/C++程序员那样为每一个malloc/new操作去写与之配对的free/delete操作，不容易出现内存泄露和内存溢出问题。不过，这并不意味着Java程序就不会发生内存泄露或者内存溢出，在一些特殊情况下，仍然会发生，当问题发生的时候，有时我们不得不深入到JVM层面去解决问题，所以，理解JVM内存机制有利于我们排查问题、解决问题。
2 Java运行时内存区域划分
上图就是Java虚拟机规范所描述的内存划分，主要是上面蓝框部分的五个区域，大致可以把他们分为两类：
- 线程私有的
- 线程共享的
2.1 线程私有部分
2.1.1 虚拟机栈
通常我们都把虚拟机栈简称为“栈”。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，每一个方法调用都是一个栈帧，栈帧里包含方法局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。方法从开始调用到结束调用就是在栈上入栈和出栈的过程。
栈帧所占用的空间是在编译器就确定的，编译器在编译期获取方法的局部变量的个数，类型，计算局部变量所占用的空间，其他的信息也可以在编译期获取并确定，在运行时不会改变占用空间大小。
在虚拟机规范中规定了关于栈的两个异常：
- StackOverflowError
- OutOfMemoryError
StackOverflowError即栈溢出，如果申请栈的深度大于虚拟机规定的栈深度，那么就会抛出该溢出。OutOfMemoryError表示没有足够的内存，我在做测试的时候，很难模拟出这个错误，即使把栈内存设置的很小，也仅仅抛出StackOverflowError。
2.1.2 本地方法栈
本地方法栈也是栈，结构和虚拟机栈一样，都是后进先出的结构。只是本地方法栈中存储的是Native方法的栈帧，在虚拟机规范中没有明确规定Native方法是由什么语言编写的，这取决于具体的虚拟机实现，在HotSpot中，Native方法是C++实现的方法。和虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出两个异常。
2.1.3 程序计数器
程序计数器是一块很小的内存（即使它在图中看着很大）。和CPU里的程序计数器（PC）不同，它存储的是当前线程执行字节码的位置，而CPU里的PC存储的是下一条指令所在的地址。我们知道，程序是顺序执行的，那么为什么需要程序计数器呢，好像没有程序计数器，程序也能按照顺序往下执行？这是因为在多线程的情况下，会发生频繁的线程切换，在切换之前要记录当前执行到哪了，这样方便切换回来的时候能从之前切换前的位置继续执行代码，从这里我们也能看出，这个程序计数器应该是线程私有的东西，如果程序计数器是线程之间共享的，就会发生线程安全问题了，可能JVM就需要付出更大的代价来解决问题。
如果正在执行的代码不是Java代码（例如Native方法），那么程序计数器的值为空。同时，此内存没有规定OutOfMemoryError异常，这是因为程序计数器里存储的值是一个可预计的值，其占用空间是固定长度的，不需要做动态扩展，也就不可能抛出OutOfMemoryError异常了。
2.2 线程共享部分
2.2.1 方法区
在Java8之前叫做方法区，在Java8之后被称作“元空间(meta space)”。用于存储类的类型信息，也就是类的元信息，常量，静态变量，JIT编译后的代码等，这些数据是常驻内存的数据，所以一般垃圾回收器很少会光顾这里。
在方法区中有一个比较特殊的区域叫做“运行时常量区”。什么是运行时常量？Java中常量可以在编译器确定（例如有final修饰的变量），也可以在运行时生成（例如"hello".length()），运行时常量区就是用来存储运行时产生的常量。那为什么要做这样一个划分呢，都统一存储在方法区不行吗？运行时常量是在运行时产生的，编译完成也无法确定，类的信息在编译器是可以确定的，一些在编译期可以确定的常量会和同一个类的其他元信息存在一起。如果该类在运行时产生了一个运行时常量，虚拟机一般会有两种方法，一是将该常量存在另一块区域，例如“运行时常量区”，二是将该常量插入到该类的的元信息所在内存区域，这种方法非常不好，插入内存可能会导致大量的数据移动，非常费时。
根据虚拟机规范的规定，当方法区的内存不足时，会抛出OutOfMemoryError异常。在一般的应用中，这种情况不常见，但是在一些使用到动态代理的应用中，就要注意这个问题了，无论是基于JDK接口的动态代理，还是基于字节码技术的动态代理，都会在运行时产生新的类，新的类的元信息会放到方法区里，如果动态代理使用不当，会造成大量的类产生，从而挤爆方法区，导致OutOfMemoryError。
2.2.2 堆
终于说到堆了，这一块是虚拟机管理的内存中最大的一块了，Java使用new来创建的实例对象就存储在堆里，在以前，所有的对象都会存储在堆上，但随着技术的进步（栈上分配，标量分析等），这一点不再是那么绝对了，一些对象可能会被分配在栈上，而不是堆上。
堆是垃圾回收的主要目标，垃圾回收绝大部分时间都是在对堆上内存做“清理”。有些垃圾收集器会使用基于分代收集的算法，这使得堆又可以分为老年代和新生代，新生代又可以分为Eden区和from survivor和to survivor，但无论是如何划分，都只是为了方便垃圾回收，存储的东西仍然是对象实例。
Java虚拟机规范中并没有规定堆必须是连续内存，也就是说堆可以是由多个不连续的内存组合形成的，只要逻辑上是连续的就可以，这有点像虚拟内存。
3 直接内存
直接内存不是Java运行时数据区的一部分，所以在图中没有标识出来。在JDK1.4新加入了NIO，NIO可以通过Native方法来申请堆外内存，例如unsafe.allocateMemory(int size) 方法。直接内存不会受堆大小的限制，但是会受到主机内存的限制，所以仍然可能抛出OutOfMemoryError 。
在网上经常能看到直接内存的读写效率会比堆内存的效率高，但是分配空间的效率比堆内存效率低。实际使用的时候好像确实是这样。至于为什么会这样，我也不太清楚具体机制，网上搜了也搜不到文章。
4 总结
为了更好的管理内存，减少程序员的负担。Java虚拟机将程序进程的内存分为了几个区域，每个区域的功能不同，大小不同。其大致又可以分为两个大类，一是线程私有的，包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈，二是线程共享的，包括堆、方法区。特殊的还有直接内存，这块内存不属于JVM规范里规定的运行时数据区，只能通过Native方法才能申请，其申请分配的效率较低，但是读写效率较高，对于一些不频繁开辟，但是频繁使用的场合尤其适合（例如NIO）。