Java - JVM内存区域的划分

Java 程序运行时，需要在内存中分配空间。为了提高运算效率，就对空间进行了不同区域的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。

分配：通过关键字new创建对象分配内存空间，对象存在堆中。
释放：对象的释放是由垃圾回收机制决定和执行的

JVM的内存可分为3个区：

堆(heap)
栈(stack)
方法区(method，也叫静态区)

堆区：程序员自己申请，运行时线程公有

通过new生成的对象都存放在堆中，对于堆中的对象生命周期的管理由Java虚拟机的垃圾回收机制GC进行回收和统一管理

jvm只有一个堆区(heap)，且被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身和数组本身；
优点是可以动态分配内存大小，缺点是由于动态分配内存导致存取速度慢。

虚拟机栈: 系统自己分配，运行时线程私有

栈内存主要是存放一些基本类型的变量和对象的引用变量。最典型的就是我们new一个对象时，对象名作为变量就存放在栈内存中

栈内存有一个很重要的特殊性——在栈中的数据可以共享（已存在的值不会再次创建）
int a = 3;
int b = 3；
(编译器先处理int a =3；首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找栈中是否有3这个值，如果没找到，就将3存放进来，然后将a指向3。接着处理int b)

每个方法执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型

每个方法从调用直至完成的过程，都对应着一个栈帧从入栈到出栈的过程。每当一个方法执行完成时，该栈帧就会弹出栈帧的元素作为这个方法的返回值，并且清除这个栈帧，Java栈的栈顶的栈帧就是当前正在执行的活动栈，也就是当前正在执行的方法，方法的调用过程也是由栈帧切换来产生结果。

在JVM规范中，对这个区域规定了两种异常情况：
1.如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；
2.如果虚拟机栈可以动态扩展，在扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈：

和虚拟机栈所发挥的作用基本一致，不同的是：

虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务
本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务
本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

方法区（静态区）:

是各个线程共享的内存区域，它用于存储class二进制文件，包含所有的class和static变量，包含了虚拟机加载的类信息、常量(常量池)、静态变量(静态域)、即时编译后的代码等数据。

方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。

被所有的线程共享，方法区包含所有的class（class是指类的原始代码，要创建一个类的对象，首先要把该类的代码加载到方法区中，并且初始化）和static变量。

常量池：在编译期间就将一部分数据存放于该区域，包含以final修饰的基本数据类型的常量值、String字符串。（在java6时它是方法区的一部分；1.7又把他放到了堆内存中；1.8之后出现了元空间，它又回到了方法区。）

静态域：存放类中以static声明的静态成员变量。

程序计数器：当前线程所执行的行号指示器。通过改变计数器的值来确定下一条指令，比如循环，分支，跳转，异常处理，线程恢复等都是依赖计数器来完成。
程序计数器：
一个非常小的内存空间，用来保存程序执行到的位置（线程私有），它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

Metaspace元空间：

在JDK1.8中，永久代已经不存在，存储的类信息、编译后的代码数据等已经移动到了MetaSpace（元空间）中，元空间并没有处于堆内存上，而是直接占用的本地内存（NativeMemory）。
元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。
元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。
元空间的大小仅受本地内存限制，可以指定元空间大小。

Java8为什么要将永久代替换成Metaspace？
1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。
4、Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一。

基本数据类型
int a = 3;
int b = 3;
编译器先处理 int a = 3；首先它会在栈中创建一个变量为 a 的引用，然后查找有没有字面值为3的地址，没找到，就开辟一个存放3这个字面值的地址，然后将 a 指向3的地址。

接着处理 int b = 3；在创建完 b 这个引用变量后，由于在栈中已经有3这个字面值，便将 b 直接指向3的地址。这样，就出现了 a 与 b 同时均指向3的情况。

对象
public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}
一个类通过使用new运算符可以创建多个不同的对象实例，这些对象实例将在堆中被分配不同的内存空间，改变其中一个对象的状态不会影响其他对象的状态：
        Person one = new Person("小明",15);
        Person two = new Person("小王",17);
在堆内存中只创建了一个对象实例，在栈内存中创建了两个对象引用，两个对象引用同时指向一个对象实例。
        Person one = new Person("小明",15);
        Person two = one;

数组
数组是一种引用类型，数组用来存储同一种数据类型的数据。

一旦初始化完成，即所占的空间就已固定下来，即使某个元素被清空，但其所在空间仍然保留，因此数组长度将不能被改变。
int[] array = new int[5]
首先会在栈中创建引用变量，在堆中开辟5个int型数据的空间，该引用变量存放数组首地址，即实现数组名来引用数组。