Java作为一种面向对象的，跨平台语言，其对象、内存等一直是比较难的知识点。而且很多概念的名称看起来又那么相似，很多人会傻傻分不清楚。比如本文我们要讨论的JVM内存结构、JAVA内存结构、JAVA内存区域、Java内存模型，这就是几个截然不同的概念，但是很多人容易弄混。
可以这样说，很多高级开发甚至都搞不不清楚JVM内存结构、JAVA内存结构、JAVA内存区域、Java内存模型这几个的概念及其间的区别。甚至我见过有些面试官自己也搞的不是太清楚。不信的话，你去网上搜索Java内存模型，还会有很多文章的内容其实介绍的是JVM内存结构。
前提:
本文讲的基本都是以Sun HotSpot虚拟机为基础的，Oracle收购了Sun后目前得到了两个【Sun的HotSpot和JRockit(以后可能合并这两个),还有一个是IBM的IBMJVM】
前一篇文章 编程的基础知识：CPU和内存的交互以及volatile型变量的理解
之所以扯了那么多计算机内存模型，是因为java内存模型的设定符合了计算机的规范。
JVM内存结构、Java内存结构、Java内存区域
这三者都是一个概念
我们都知道，Java代码是要运行在虚拟机上的，而虚拟机在执行Java程序的过程中会把所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，这些区域都有各自的用途。其中有些区域随着虚拟机进程的启动而存在，而有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
JVM运行时内存结构（也就是咱们常说的运行时数据区）
五大内存区域
程序计数器
程序计数器是一块很小的内存空间，它是线程私有的，可以认作为当前线程的行号指示器。为什么需要程序计数器
我们知道对于一个处理器(如果是多核cpu那就是一核)，在一个确定的时刻都只会执行一条线程中的指令，一条线程中有多个指令，为了线程切换可以恢复到正确执行位置，每个线程都需有独立的一个程序计数器，不同线程之间的程序计数器互不影响，独立存储。
注意：如果线程执行的是个java方法，那么计数器记录虚拟机字节码指令的地址。如果为native【底层方法】，那么计数器为空。这块内存区域是虚拟机规范中唯一没有OutOfMemoryError的区域。
Java栈（虚拟机栈）
同计数器也为线程私有，生命周期与相同，就是我们平时说的栈，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创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法被调用的过程就对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。【栈先进后出，下图栈1先进最后出来】
对于栈帧的解释参考 Java虚拟机运行时栈帧结构
栈帧: 是用来存储数据和部分过程结果的数据结构。
栈帧的位置: 内存 -> 运行时数据区 -> 某个线程对应的虚拟机栈 -> here[在这里]
栈帧大小确定时间: 编译期确定，不受运行期数据影响。
通常有人将java内存区分为栈和堆，实际上java内存比这复杂，这么区分可能是因为我们最关注，与对象内存分配关系最密切的是这两个。
平时说的栈一般指局部变量表部分。
局部变量表:一片连续的内存空间，用来存放方法参数，以及方法内定义的局部变量，存放着编译期间已知的数据类型(八大基本类型和对象引用(reference类型),returnAddress类型。它的最小的局部变量表空间单位为Slot，虚拟机没有指明Slot的大小，但在jvm中，long和double类型数据明确规定为64位，这两个类型占2个Slot，其它基本类型固定占用1个Slot。
reference类型:与基本类型不同的是它不等同本身，即使是String，内部也是char数组组成，它可能是指向一个对象起始位置指针，也可能指向一个代表对象的句柄或其他与该对象有关的位置。
returnAddress类型:指向一条字节码指令的地址【深入理解Java虚拟机】怎么理解returnAddress
需要注意的是，局部变量表所需要的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法在栈中需要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大小。
Java虚拟机栈可能出现两种类型的异常：
- 线程请求的栈深度大于虚拟机允许的栈深度，将抛出StackOverflowError。
- 虚拟机栈空间可以动态扩展，当动态扩展是无法申请到足够的空间时，抛出OutOfMemory异常。
本地方法栈
本地方法栈是与虚拟机栈发挥的作用十分相似,区别是虚拟机栈执行的是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，可能底层调用的c或者c++,我们打开jdk安装目录可以看到也有很多用c编写的文件，可能就是native方法所调用的c代码。
堆
对于大多数应用来说，堆是java虚拟机管理内存最大的一块内存区域，因为堆存放的对象是线程共享的，所以多线程的时候也需要同步机制。因此需要重点了解下。
java虚拟机规范对这块的描述是:所有对象实例及数组都要在堆上分配内存，但随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的成熟，这个说法也不是那么绝对，但是大多数情况都是这样的。
即时编译器:可以把把Java的字节码，包括需要被解释的指令的程序）转换成可以直接发送给处理器的指令的程序)
逃逸分析:通过逃逸分析来决定某些实例或者变量是否要在堆中进行分配，如果开启了逃逸分析，即可将这些变量直接在栈上进行分配，而非堆上进行分配。这些变量的指针可以被全局所引用，或者其其它线程所引用。
注意:它是所有线程共享的，它的目的是存放对象实例。同时它也是GC所管理的主要区域，因此常被称为GC堆，又由于现在收集器常使用分代算法，Java堆中还可以细分为新生代和老年代，再细致点还有Eden(伊甸园)空间之类的不做深究。
根据虚拟机规范，Java堆可以存在物理上不连续的内存空间，就像磁盘空间只要逻辑是连续的即可。它的内存大小可以设为固定大小，也可以扩展。
当前主流的虚拟机如HotPot都能按扩展实现(通过设置 -Xmx和-Xms)，如果堆中没有内存内存完成实例分配，而且堆无法扩展将报OOM错误(OutOfMemoryError)
方法区
方法区同堆一样，是所有线程共享的内存区域，为了区分堆，又被称为非堆。
用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量，如static修饰的变量加载类的时候就被加载到方法区中。
运行时常量池
是方法区的一部分，class文件除了有类的字段、接口、方法等描述信息之外，还有常量池用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用。
在老版jdk，方法区也被称为永久代【因为没有强制要求方法区必须实现垃圾回收，HotSpot虚拟机以永久代来实现方法区，从而JVM的垃圾收集器可以像管理堆区一样管理这部分区域，从而不需要专门为这部分设计垃圾回收机制。不过自从JDK7之后，Hotspot虚拟机便将运行时常量池从永久代移除了。】
jdk1.7开始逐步去永久代。从String.interns()方法可以看出来 String.interns()
native方法:
作用是如果字符串常量池已经包含一个等于这个String对象的字符串，则返回代表池中的这个字符串的String对象，在jdk1.6及以前常量池分配在永久代中。
可通过 -XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小。
public class StringIntern {
//运行如下代码探究运行时常量池的位置
public static void main(String[] args) throws Throwable {
//用list保持着引用 防止full gc回收常量池
List<String> list = new ArrayList<String>();
int i = 0;
while(true){
list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
}
//如果在jdk1.6环境下运行 同时限制方法区大小 将报OOM后面跟着PermGen space说明方法区OOM，即常量池在永久代
//如果是jdk1.7或1.8环境下运行 同时限制堆的大小 将报heap space 即常量池在堆中这边不用全局的方式，设置main方法的vm参数。
做相关设置，比如说这边设定堆大小。（-Xmx5m -Xms5m -XX:-UseGCOverheadLimit）
jdk8真正开始废弃永久代，而使用元空间(Metaspace)
java虚拟机对方法区比较宽松，除了跟堆一样可以不存在连续的内存空间，定义空间和可扩展空间，还可以选择不实现垃圾收集。
总结
这里简单提几个需要特别注意的点：
1、以上是Java虚拟机规范，不同的虚拟机实现会各有不同，但是一般会遵守规范。
2、规范中定义的方法区，只是一种概念上的区域，并说明了其应该具有什么功能。但是并没有规定这个区域到底应该处于何处。所以，对于不同的虚拟机实现来说，是由一定的自由度的。
3、不同版本的方法区所处位置不同，上图中划分的是逻辑区域，并不是绝对意义上的物理区域。因为某些版本的JDK中方法区其实是在堆中实现的。
4、运行时常量池用于存放编译期生成的各种字面量和符号应用。但是，Java语言并不要求常量只有在编译期才能产生。比如在运行期，String.intern也会把新的常量放入池中。
5、除了以上介绍的JVM运行时内存外，还有一块内存区域可供使用，那就是直接内存。Java虚拟机规范并没有定义这块内存区域，所以他并不由JVM管理，是利用本地方法库直接在堆外申请的内存区域。
6、堆和栈的数据划分也不是绝对的，如HotSpot的JIT会针对对象分配做相应的优化。
如上，做个总结，JVM内存结构，由Java虚拟机规范定义。描述的是Java程序执行过程中，由JVM管理的不同数据区域。各个区域有其特定的功能。
Java内存模型
Java程序内存的分配是在JVM虚拟机内存分配机制下完成。
Java内存模型（Java Memory Model ,JMM）就是一种符合内存模型规范的，屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异的，保证了Java程序在各种平台下对内存的访问都能保证效果一致的机制及规范。
简要言之，jmm是jvm的一种规范，定义了jvm的内存模型。它屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异，不像c那样直接访问硬件内存，相对安全很多，它的主要目的是解决由于多线程通过共享内存进行通信时，存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题。可以保证并发编程场景中的原子性、可见性和有序性。
Java内存模型看上去和Java内存结构（JVM内存结构）差不多，很多人会误以为两者是一回事儿，这也就导致面试过程中经常答非所为。
在前面的关于JVM的内存结构的图中，我们可以看到，其中Java堆和方法区的区域是多个线程共享的数据区域。也就是说，多个线程可能可以操作保存在堆或者方法区中的同一个数据。这也就是我们常说的“Java的线程间通过共享内存进行通信”。
Java内存模型是根据英文Java Memory Model（JMM）翻译过来的。其实JMM并不像JVM内存结构一样是真实存在的。他只是一个抽象的概念。JSR-133: Java Memory Model and Thread Specification中描述了，JMM是和多线程相关的，他描述了一组规则或规范，这个规范定义了一个线程对共享变量的写入时对另一个线程是可见的。
那么，简单总结下，Java的多线程之间是通过共享内存进行通信的，而由于采用共享内存进行通信，在通信过程中会存在一系列如可见性、原子性、顺序性等问题，而JMM就是围绕着多线程通信以及与其相关的一系列特性而建立的模型。JMM定义了一些语法集，这些语法集映射到Java语言中就是volatile、synchronized等关键字。
在Java中，JMM是一个非常重要的概念，正是由于有了JMM，Java的并发编程才能避免很多问题。这里就不对Java内存模型做更加详细的介绍了，想了解更多的朋友可以参考《Java并发编程的艺术》。
内存溢出
两种内存溢出异常[注意内存溢出是error级别的]
1.StackOverFlowError:当请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度
2.OutOfMemoryError:虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间[一般都能设置扩大]
java -verbose:class -version 可以查看刚开始加载的类，可以发现这两个类并不是异常出现的时候才去加载，而是jvm启动的时候就已经加载。这么做的原因是在vm启动过程中我们把类加载起来，并创建几个没有堆栈的对象缓存起来，只需要设置下不同的提示信息即可，当需要抛出特定类型的OutOfMemoryError异常的时候，就直接拿出缓存里的这几个对象就可以了。
比如说OutOfMemoryError对象，jvm预留出4个对象【固定常量】，这就为什么最多出现4次有堆栈的OutOfMemoryError异常及大部分情况下都将看到没有堆栈的OutOfMemoryError对象的原因。
两个基本的例子
public class MemErrorTest {
public static void main(String[] args) {
try {
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
for(;;) {
list.add(new Object()); //创建对象速度可能高于jvm回收速度
}
} catch (OutOfMemoryError e) {
e.printStackTrace();
}
try {
//递归造成StackOverflowError 这边因为每运行一个方法将创建一个栈帧，
//栈帧创建太多无法继续申请到内存扩展
hi();
} catch (StackOverflowError e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void hi() {
hi();
}
}参考资料：
JVM内存结构、Java内存模型以及Java对象模型之间的区别：https://blog.csdn.net/ZYC88888/article/details/83756364
深入理解JVM-内存模型（jmm）和GC:https://www.jianshu.com/p/76959115d486
