简述JVM内存模型

我们都知道，计算机中所有程序都是再内存中运行的，在程序运行的过程中，需要不断的将内存的逻辑地址和物理地址进行映射，找到相应的命令和数据。作为操作系统进程，Java也会面临内存限制。即内存架构所提供的可寻址地址空间，在32位处理器中，这个可寻址空间位2^32可寻址范围，64可寻址空间为2^64。在操作系统中，定义了两块空间，即内核空间和用户空间，Java运行在用户空间上。

JVM内存模型

在JVM中，可以从线程私有和共享来划分它的内存模型
线程私有的：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈
共享的：方法区，Java堆

程序计数器（Program Counter Registers）

当前代码的字节码的指示器，它可以选取下一条需要执行的字节码指令，进程序的流程控制，包括循环，if分支等等。程序计数器在只占还很小的一块内存空间，它线程私有的，在确定的时刻，一个线程都会在一个处理器上执行，为了保证线程切换后能在正确的执行位置上，所以每个线程都需要一个程序计数器。对于程数计数器，不用担心内存泄露，因为它的内存地址是逻辑地址而非物理地址。如果执行的是Native方法，计数器位是undefined。

Java虚拟机栈(VM Stack)

Java虚拟机栈也是线程私有的，每个方法执行的时候都会创建一个栈帧，它是方法运行时的基础数据结构。栈帧中主要存储以下的信息：

局部变量表
操作数栈
动态链接
地址返回

当方法调用结束的时候，栈帧会被销毁。
在局部变量表的中，存储了编译期可知的各种Java虚拟机的基本数据类型，对象引用地址，字节码指令地址等。这些类型的在局部变量表中的存储以局部变量槽（slot）来表示，除了double和long占了两个槽，其他都是占一个。
当递归调用层级太多的时候，就会发生StackOverflowError异常。限制递归的次数，栈有固定的容量，不需要GC释放，会自动释放。

虚拟机栈可以动态扩展，当无法申请到足够的内存就会发生OOM的异常。通过设置-xss指定每个线程虚拟机栈的大小。

public void stackOOM(){
   while(true){
      new Thread(()->{
          while(true){}
      }).start();
  }
}

Window平台的JVM映射到操作系统内核上，所以运行可能会产生假死的情况，请谨慎使用。

本地方法栈(Native Method Stack)

本地方法栈和虚拟机栈类似，JVM并未要求本地方法栈一定实现某种语言的方法调用，使用者可以灵活去进行调用。

Java堆（Heap）

堆模型

Java堆在JVM中是一块最大的内存，《Java虚拟机规范》描述“所有对象和数组都应该在堆上分配”，但是随着即时编译技术的发展，在Java11中，我们已经可以看到可以使用Java不经过编译直接运行了，实现了真正的“JavaScript”，这些逃逸分析，标量替换的技术可以实现对象在栈上分配。

如上图所示，在堆上划分了很多区域，Java堆实际上是垃圾收集器（GC）管理的一块内存区域，经过之上的划分得以进行更有效率的垃圾回收。在后面的文章会写到。

另外，在堆中还定义了一些设置参数。通过Xmx设置堆最大内存，Xms设置最小内存，Xms和Xmx一般都设置一样大小的，因为再扩容的时候会引起内存抖动，影响性能。

Java堆在物理上不要求连续，在逻辑上连续即可。

方法区（Method Area）

方法区是线程共享的区别，在Java8以前，方法区中定义了永久代。因为使用永久代来实现了方法区，所以被描述为堆的一个逻辑部分。但是它确是“非堆”，只是设计堆中的收集器扩展到了方法区而已。在Java8的时候，永久代被替换成了元空间（Metaspace）。这样做的好处有以下原因：

Metaspace使用的是本地内存
字符串常量池存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
类和方法的信息难以确定，给永久代指定大小比较困难，太小容易操作永久代溢出，太大会导致老年代溢出。
永久代会为GC带来不必要的复杂性。
方便不同的JVM
在元空间中，存储了虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等。