深入理解JVM內存模型
內存結構
JVM內存結構主要包括以下幾個部分：
- 方法區（Method Area）：用于存儲類的信息、常量、靜態變量等。在JDK 8及之前的版本中，方法區被實現為永久代（Permanent Generation），而在JDK 8之后的版本中，方法區被替換為元空間（Metaspace）。
- 堆（Heap）：用于存儲對象實例。所有通過new關鍵字創建的對象都會被分配到堆中。堆是Java虛擬機管理的最大一塊內存區域，也是垃圾回收的主要區域。
- 棧（Stack）：用于存儲方法的局部變量、方法參數、返回值等。每個線程在執行方法時，都會創建一個對應的棧幀（Stack Frame），棧幀中存儲了方法的局部變量表、操作數棧、動態鏈接等信息。
- 本地方法棧（Native Method Stack）：用于存儲本地方法（Native Method）的信息。
- 程序計數器（Program Counter）：用于記錄當前線程執行的字節碼指令的地址。
除了以上幾個主要的內存區域，還有一些其他的輔助內存區域，如直接內存（Direct Memory）等。直接內存并不是Java虛擬機管理的，而是由操作系統直接分配和管理的，但是在Java程序中可以通過NIO（New Input/Output）來使用直接內存。
JVM內存結構包括方法區、堆、棧、本地方法棧和程序計數器。不同的內存區域有不同的作用和管理方式，合理地使用和管理內存是編寫高效、穩定的Java程序的重要方面。
結構區域說明
1.方法區（Method Area）
方法區（Method Area）是Java虛擬機（JVM）中的一塊內存區域，用于存儲類的信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。它是線程共享的區域，與堆區相鄰。
方法區主要包含以下內容：
- 類的信息：包括類的完整結構、字段、方法、構造器等。
- 運行時常量池：用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。
- 靜態變量：存放類的靜態變量，包括靜態字段和常量。
- 即時編譯器編譯后的代碼：JVM在運行時會將熱點代碼進行即時編譯，生成本地機器碼并存放在方法區中。
方法區的大小是固定的，可以通過設置JVM參數來調整大小。當方法區無法滿足內存分配需求時，會拋出OutOfMemoryError異常。
需要注意的是，方法區在不同的JVM實現中可能有所不同，例如在HotSpot JVM中，方法區被稱為“永久代”（Permanent Generation），而在JDK 8及以后的版本中，永久代被元空間（Metaspace）所取代。
2.堆（Heap）
堆（Heap）是一種用于動態分配內存的數據結構。它是Java虛擬機（JVM）管理的一塊內存區域，用于存儲對象實例和數組。
堆內存的特點是動態分配和釋放，可以根據程序的需要動態地創建和銷毀對象。在Java中，所有的對象都存儲在堆內存中，包括通過new關鍵字創建的對象和數組。
堆內存的分配是由Java虛擬機自動進行的，當我們創建一個對象時，Java虛擬機會在堆內存中分配一塊合適大小的空間來存儲該對象的實例變量。當對象不再被引用時，Java虛擬機會自動回收這塊內存空間，釋放給其他對象使用。
在Java中，堆內存的大小可以通過JVM的啟動參數進行調整。我們可以通過-Xmx和-Xms參數來設置堆內存的最大和初始大小。這樣可以根據應用程序的需求來調整堆內存的大小，以提高程序的性能和效率。
總結起來，堆是一種用于動態分配內存的數據結構，用于存儲對象實例和數組。它具有動態分配和釋放的特點，可以根據程序的需要動態地創建和銷毀對象。堆內存的大小可以通過JVM的啟動參數進行調整，以滿足應用程序的需求。
3.棧（Stack）
棧（Stack）也叫「虛擬機棧」是一種用于存儲方法調用和局部變量的數據結構。棧是一種后進先出（LIFO）的數據結構，它的大小是固定的。
在Java程序中，每當一個方法被調用時，就會在棧中創建一個新的棧幀（Stack Frame）。棧幀包含了方法的參數、局部變量和方法返回值等信息。當方法執行完畢后，對應的棧幀會被銷毀。
棧的大小是有限的，當棧空間不足時，會拋出StackOverflowError異常。因此，在編寫Java程序時，需要注意方法調用的層次不要過深，以避免棧溢出的問題。
棧的優點是訪問速度快，因為棧中的數據是連續存儲的，而且棧的大小是固定的，不會發生內存碎片的問題。但是棧的缺點是大小有限，無法存儲大量的數據。
4.本地方法棧（Native Method Stack）
本地方法棧（Native Method Stack）是Java虛擬機（JVM）中的一塊內存區域，用于存儲調用本地方法的相關信息。本地方法是指使用其他編程語言（如C、C++）編寫的方法，通過JNI（Java Native Interface）在Java程序中調用。
當Java程序調用本地方法時，JVM會將當前線程的執行狀態保存到本地方法棧中，包括方法的參數、局部變量以及執行指令等信息。然后，JVM會將控制權轉移到本地方法，并在本地方法棧中執行相應的本地方法代碼。
本地方法棧的大小可以通過JVM參數進行配置，通常與Java虛擬機棧的大小相同。當本地方法棧空間不足時，會拋出StackOverflowError異常。
需要注意的是，本地方法棧與虛擬機棧（Java棧）是兩個不同的概念。虛擬機棧用于存儲Java方法的調用信息，而本地方法棧用于存儲本地方法的調用信息。兩者在內存結構上是分開的，但在執行過程中會相互配合，實現Java程序與本地方法的交互。
5.程序計數器（Program Counter）
程序計數器（Program Counter）是一種特殊的寄存器，用于存儲當前線程執行的字節碼指令的地址。它是Java虛擬機（JVM）中的一部分，用于支持線程切換和指令的順序執行。
程序計數器在Java虛擬機中是線程私有的，每個線程都有自己獨立的程序計數器。當線程執行一個方法時，程序計數器會記錄下一條將要執行的指令的地址。當線程被切換到另一個線程時，程序計數器的值會被保存起來，以便下次切換回來時能夠繼續執行。
程序計數器在Java虛擬機中起到了非常重要的作用。它不是用于存儲線程的執行狀態，也不是用于存儲對象的引用，而是用于存儲指令的地址。通過程序計數器，Java虛擬機能夠準確地知道當前線程正在執行的指令，從而能夠實現指令的順序執行和線程的切換。
