jvm 内存管理机制
参考资料：
《深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践 第3版》
《Java虚拟机规范（Java SE 7）》
运行时数据区
根据《Java虚拟机规范》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域
1. 程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
程序计数器特征：
（1）是“线程私有”的内存。每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。
（2）如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（Undefined）。
（3）此内存区域是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
2. Java虚拟机栈
Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧[栈帧是方法运行期间很重要的基础数据结构]（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
局部变量表相关：
局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它并不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
在《Java虚拟机规范》中， Java虚拟机栈可能出现两类异常状况：
（1）如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；
（2）如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展[Hotspot的虚拟机栈不允许扩展]，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
3. 本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别:
虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，
本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。
有的Java虚拟机（譬如Hot-Spot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
本地方法栈也可能出现两类异常状况：
（1）本地方法栈也会在栈深度溢出时抛出StackOverflowError
（2）本地方法栈扩展失败时抛出OutOfMemoryError。
4. Java堆
Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此一些资料中它也被称作“GC堆”。
从回收内存的角度看，由于现代垃圾收集器大部分都是基于分代收集理论设计的，所以Java堆中经常会出现“新生代”“老年代”、“永久代”、“Eden空间”、“From Survivor空间”、“To Survivor空间”等。
如果从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升对象分配时的效率。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为连续的。
Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过参数-Xmx和-Xms设定）。
如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。
5. 方法区
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。
虽然《Java虚拟机规范》中把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫作“非堆”（Non-Heap），目的是与Java堆区分开来。
在JDK 6的时候HotSpot开发团队就有放弃永久代，逐步改为采用本地内存（Native Memory）来实现方法区的计划。
到了JDK 7的HotSpot，已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移至堆内存。
jdk7开始方法区的逐渐移除：符号引用(Symbols)移至native heap，字面量(interned strings)和静态变量(class statics)移至java heap。
到了JDK 8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Meta-space）来代替，把JDK 7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到元空间中。
JDK1.8以前的HotSpot JVM有方法区，也叫永久代(permanent generation)。
方法区用于存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量，即编译器编译后的代码。
方法区是一片连续的堆空间，通过-XX:MaxPermSize来设定永久代最大可分配空间，当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报OOM:PermGen错误。
永久代的GC是和老年代(old generation)捆绑在一起的，无论谁满了，都会触发永久代和老年代的垃圾收集。
为什么要用Metaspace替代方法区？
随着动态类加载的情况越来越多，这块内存变得不太可控，如果设置小了，系统运行过程中就容易出现内存溢出，设置大了又浪费内存。
方法区的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，卸载条件相当苛刻。
方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
6. 运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
运行时常量池特征：
（1）存储数据条件宽松。（保存Class文件中描述的符号引用，把由符号引用翻译出来的直接引用，均可放入运行时常量池）
（2）具备动态性。（预置入Class文件中常量池的内容，或运行期间新的常量[如String类的intern()方法]，均可放入）
运行时常量池是方法区的一部分，受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
7. 直接内存
直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
本机直接内存的分配不会受Java堆大小的限制，但受到本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。
配置虚拟机参数时，设置-Xmx等参数信息，若使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），就会导致动态扩展时出现OutOfMemoryError。
