在一開始學(xué)習(xí)java的時候，那時候是在網(wǎng)上看視頻，老師就經(jīng)常提到什么對象分配在堆區(qū)，什么在棧區(qū)，那時候和理解，后來理解了就想著寫一篇文章好好的去梳理一下。
想說一下這篇文章的脈絡(luò)：
首先，研究java7的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，并對其進行一個詳細的介紹，因為理解了java7之后java8比較容易理解
接下來，使用一個例子來詳解我們在運行一個程序的時候，代碼在java虛擬機中的存儲和轉(zhuǎn)化。
最后，我們給出java8的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，看一看做了哪些改動，并和java7進行一個比較。
第一部分：java7內(nèi)存結(jié)構(gòu)
先給一張java7的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖吧（我用Windows里面的畫圖工具畫的，所以看起來不怎么美觀）
首先對這個圖有一個認識，從上面可以看到j(luò)ava7的內(nèi)存結(jié)構(gòu)大致分了五個部分：PC寄存器，java虛擬機棧、本地方法棧、java堆、方法區(qū)。其中PC寄存器、java虛擬機棧和本地方法棧是所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域。java堆和方法區(qū)是每一個線程隔離的一塊區(qū)域，其中，方法區(qū)還有一個運行時常量池。
接下來看一看每一塊區(qū)域里面存放的什么？
一、PC寄存器
在大學(xué)的時候?qū)W過計算機組成原理的時候都知道，內(nèi)存里面有很多寄存器，大概幾百個吧（目前的，之前大學(xué)學(xué)的時候老師說才幾十個），每一種寄存器的用途都不一樣，其中有一個寄存器就是程序計數(shù)器。這個寄存器的主要作用就是存放下一條需要執(zhí)行的指令。
首先，為什么要有這個程序計數(shù)器呢？這是因為我們的處理器在一個時刻，只能執(zhí)行一個線程中的指令。但是我們的程序往往都是多線程的，這時候處理器就需要來回切換我們的線程，為了在線程切換之后回到之前正確的位置上，此時就需要一個程序計數(shù)器，這也就很容易理解了我們的每個線程都有一個自己的程序計數(shù)器來保存自己之前的狀態(tài)。
接下來如何理解這個程序計數(shù)器的功能呢？假如我們的程序代碼假如是一行一行執(zhí)行的，程序計數(shù)器永遠指向下一行需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，我們就可以改變程序計數(shù)器中的值，來指向下一條需要執(zhí)行的指令。因此，在分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理和線程恢復(fù)等等一些場景都需要這個程序計數(shù)器來完成。
最后看一下在什么情況下，應(yīng)該存儲什么內(nèi)容?！秊ava虛擬機規(guī)范》中說如果當前執(zhí)行的是 Java 的方法，則該寄存器中保存當前執(zhí)行指令的地址；倘若執(zhí)行的是native 方法，則PC寄存器中為空（Undefined）。PC寄存區(qū)區(qū)域就是存放了N多個這樣的寄存區(qū)。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。因此可以把他的幾個特點歸納如下。
程序計數(shù)器指定下一條需要執(zhí)行的指令
每一個線程獨有一個程序計數(shù)器
執(zhí)行java代碼時，寄存器保存當前指令地址
執(zhí)行native方法時候，寄存器為空。
不會造成OutOfMemoryError情況
二、Java虛擬機棧
每一個線程都有自己的java虛擬機棧，這個棧與線程同時創(chuàng)建，一個線程中的每個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。每個線程有一個私有的棧，隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建。棧里面存著的是一種叫“棧幀”的東西，每個方法會創(chuàng)建一個棧幀，棧幀中存放了局部變量表（基本數(shù)據(jù)類型和對象引用）、操作數(shù)棧、動態(tài)連接和返回地址等信息。當前運行方法對應(yīng)的棧幀叫做當前棧幀。下面主要對這個棧幀進行一個介紹。
先看一張圖
首先，局部變量表里存放了編譯期間可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（8種）、對象引用、returnAddress類型（指向一條字節(jié)碼指令的地址）。他有如下特點：
64位長度的long和double類型占用2個局部變量空間（Slot），其余數(shù)據(jù)類型只占用一個。
局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，
在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。
接下來操作數(shù)棧，其實在棧幀剛剛創(chuàng)建的時候，操作數(shù)棧是空的，java虛擬機可以從局部變量表或者對象的實例字段中，復(fù)制一些常量或者變量值到操作數(shù)棧中。也可以從操作數(shù)棧中取走數(shù)據(jù)。他的深度在編譯期就已經(jīng)確定了。
動態(tài)連接是什么意思呢？在這里我們先有個基本的印象，下面舉例子的時候，再來看這個解釋比較容易理解一點，我們知道，在線程中一個方法去調(diào)用另外一個方法，是通過符號引用來實現(xiàn)的，動態(tài)連接的作用就是把這個符號引用表示的方法轉(zhuǎn)化為實際方法的直接引用。
對于java虛擬機棧的描述，最后看一下可能發(fā)生的異常情況：
如果線程請求分配的棧容量超過java虛擬機棧所允許的最大容量，java虛擬機就會拋出StackOverfolwError
如果java虛擬機棧動態(tài)擴展，在擴展時沒有申請到足夠的內(nèi)存或者是創(chuàng)建新線程時沒有足夠的內(nèi)存再創(chuàng)建java虛擬機棧了，那么java虛擬機就會拋出outOfMemoryError
三、本地方法棧（Native Method Stack）
與虛擬機棧類似，區(qū)別是虛擬機棧執(zhí)行java方法，本地方法站執(zhí)行native方法。在虛擬機規(guī)范中對本地方法棧中方法使用的語言、使用方法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有強制規(guī)定，因此虛擬機可以自由實現(xiàn)它。本地方法棧可以拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。不過這塊區(qū)域我們不怎么去關(guān)心。
四、Java堆
Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建，用來存放對象實例。是內(nèi)存中最大的一塊區(qū)域。垃圾收集器（GC）在該區(qū)域回收不使用的對象的內(nèi)存空間。但是并不是所有的對象都在這保存，深入理解java虛擬機中說道，隨著JIT編譯器的發(fā)展和逃逸分析技術(shù)逐漸成熟，棧上分配、標量調(diào)換優(yōu)化技術(shù)將會導(dǎo)致一些微妙的變化，所有的對象都分配在堆上也逐漸變得不那么絕對了。
堆的大小可以固定也可以動態(tài)擴展，可通過-Xms（最小值）和-Xmx（最大值）參數(shù)設(shè)置，如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，且堆也無法在擴展時，會拋出OutOfMemoryError異常。
下面給一張java 堆的結(jié)構(gòu)圖，
為了支持垃圾收集，堆被分為三個部分：
年輕代 ： 常常又被劃分為Eden區(qū)和Survivor（From Survivor To Survivor）區(qū)(Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間（空間分配比例是8：1：1）
老年代：
永久代 :（jdk 8已移除永久代，取而代之的是元空間。下面會講解）
五、方法區(qū)
方法區(qū)也是所有線程共享。主要用于存儲類的信息、常量池、靜態(tài)變量、及時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。方法區(qū)邏輯上屬于堆的一部分。通常又叫“Non-Heap（非堆）”。
第二部分：使用例子理解java7內(nèi)存結(jié)構(gòu)
一個例子理解全部
為了理解的比較深刻，先給一個例子。通過例子講解印象更加深刻吧，假設(shè)我們在idea或者是任何IDE環(huán)境中定義了一個類。
有一個person類
public class Person{
int age;
String name;
Baby baby;
public void walk() {
System.out.println("我正在走路。。。。");
}
}
還有個Baby類
public class Baby{
String babyname;
int babyAge;
public void cry(){
System.out.println("我是孩子，我會哭");
}
}
最后是一個測試類Test
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.name = "馮冬冬的IT技術(shù)棧";
person.age = 18;
person.walk();
?
Baby baby= new Baby();
baby.babyname = "馮XX";
System.out.println(baby.babyname);
person.baby = baby;
System.out.println(pserson.baby.cry);
}
}
好了有了上面的環(huán)境，接下來就開始分析這些代碼在運行時內(nèi)存的變化?，F(xiàn)在在我們的IDE開始運行。
第一步，JVM去方法區(qū)尋找Test類的代碼信息，如果有直接調(diào)用，沒有的話使用類的加載機制把類加載進來。同時把靜態(tài)變量、靜態(tài)方法、常量加載進來。這里加載的是（“馮冬冬的IT技術(shù)?！?，“馮XX”）；這是因為字符串是常量，age中的18是基本類型。
第二步，jvm進入main方法，看到Person person=new Person()。首先分析Person這個類，同樣的尋找Person類的代碼信息，有就加載，沒有的話類加載機制加載進來。同時也加載靜態(tài)變量、靜態(tài)方法、常量（“我正在走路。。?！保?/p>
第三步，jvm接下來看到了person，person在main方法內(nèi)部，因而是局部變量，存放在棧空間中。
第四步，jvm接下來看到了new Person()。new出的對象（實例），存放在堆空間中。
第五步，jvm接下來看到了“=”，把new Person的地址告訴person變量，person通過四字節(jié)的地址（十六進制），引用該實例。 是不是有點暈，別著急，畫個圖看一下。
第六步，jvm看到person.name = "馮冬冬的IT技術(shù)棧";person通過引用new Person實例的name屬性，該name屬性通過地址指向常量池的"馮冬冬的IT技術(shù)棧"。
第七步，jvm看到person.age = 18; person的age屬性是基本數(shù)據(jù)類型，直接賦值。
第八步，jvm看到person.walk(); 調(diào)用實例的方法時，并不會在實例對象中生成一個新的方法，而是通過地址指向方法區(qū)中類信息的方法。走到這一步再看看圖怎么變化的。
第九步，jvm看到Baby baby=new Baby().這個過程和Person person = new Person()一樣
第十步，jvm看到baby.babyname = "馮XX";這個過程也和person.name = "馮冬冬的IT技術(shù)棧";一樣。
第十一步，jvm看到person.baby = baby;把baby對象引用賦值給Person實例的baby屬性屬性。
好了，到了這一步，應(yīng)該對java7的內(nèi)存結(jié)構(gòu)有一個詳細的認識了。
第三部分：java8內(nèi)存結(jié)構(gòu)
其實在第一部分的方法區(qū)介紹里面，已經(jīng)提前說了一些，想要好好的理解java8內(nèi)存結(jié)構(gòu)，那一定是在java7的基礎(chǔ)上和其作比較，因此首先解釋一下兩個名詞：永久代(PermGen)和元空間(Metaspace)。
首先是永久代：
我們常見的 "java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space "這個異常。這里的 “PermGen space”其實指的就是方法區(qū)。不過方法區(qū)和“PermGen space”又有著本質(zhì)的區(qū)別。前者是 JVM 的規(guī)范，而后者則是 JVM 規(guī)范的一種實現(xiàn)，并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”。由于方法區(qū)主要存儲類的相關(guān)信息，所以對于動態(tài)生成類的情況比較容易出現(xiàn)永久代的內(nèi)存溢出。
然后是元空間
元空間的本質(zhì)和永久代類似，都是對JVM規(guī)范中方法區(qū)的實現(xiàn)。不過元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制。
先給出java8的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖。
需要注意內(nèi)存模型與內(nèi)存結(jié)構(gòu)不同。
在內(nèi)存結(jié)構(gòu)中，其中Java堆和方法區(qū)的區(qū)域是多個線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)域。也就是說，多個線程可能可以操作保存在堆或者方法區(qū)中的同一個數(shù)據(jù)。
在內(nèi)存模型中，其實JMM并不是是真實存在的。他只是一個抽象的概念。我們知道在多線程通信時候會存在一系列如可見性、原子性、順序性等問題，而JMM就是針對這些問題而建立的模型。
一、java7到j(luò)ava8的第一部分變化：元空間
下面來一張圖看一下java7到8的內(nèi)存模型吧（這個是在網(wǎng)上找的圖，如有侵權(quán)問題請聯(lián)系我刪除。）
二、java7到j(luò)ava8的第二部分變化：運行時常量池
運行時常量池（Runtime Constant Pool）的所處區(qū)域一直在不斷的變化，在java6時它是方法區(qū)的一部分；1.7又把他放到了堆內(nèi)存中；1.8之后出現(xiàn)了元空間，它又回到了方法區(qū)。
如果有問題，請批評指正
