本篇主要从JVM的内存模型和堆内存详解两个角度整理。

内存模型

JVM中的根据应用使用数据的特性把内存划分为若干个区，根据线程使用的方式可以粗略的分为堆区和栈区，堆区即线程共享的部分（这里的堆区一般指运行时内存），栈区为线程私有的部分（这里的栈区一般指虚拟机栈）。

程序计数器：记录当前线程执行的字节码行号。当CPU执行线程切换时，方便记录每个线程的执行位置。

虚拟机栈（重要）：每个方法执行时都会创建栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，方法执行的过程，就是栈帧入栈的过程。当调用栈过深时，就可能触发StackOverflowError异常。

本地方法栈：与虚拟机栈类似，区别是为本地native方法服务。

堆（非常重要）：JVM中最大的一块内存区域，存放对象的示例，几乎所有的对象都在这里分配（由于虚拟机的技术发展，不一定会在堆上分配，如栈上分配、标量替换等）。经常提到的垃圾回收主要针对的就是这个堆区，后面会针对垃圾回收再详细整理。一般提到的新生代和年老代都是指这部分内存。

方法区：用于存储JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码、运行时常量池等，也被称为永久代。JDK1.8之后采用元空间存储这部分内容。

堆外内存：也叫直接内存，这部分内存并非存在与JVM中，而是直接在物理内存中申请。一般在NIO中比较常见，如Spark等大数据框架都采用堆外内存进行优化，一方面扩展JVM的内存限制，另一方面进行传输时也会提高效率。

运行时内存（堆）

由于不同的垃圾搜集器对内存的细致划分不同，比如G1和CMS，这里就以CMS这种目前使用比较多的回收器为例，看看它的内存细致的划分。首先整个JVM堆可以划分为新生代、年老代、永久代。默认新生代占1/3，年老代占2/3（这个比例由-XX:NewRatio控制），永久代在1.8后由元空间维护。新生代中又按照8:1:1划分为三个区（这个比例由-XX:SurvivorRatio控制）。

先来看看新生代，JVM中新创建的对象（除了大对象，可能直接在年老代中申请）都在Eden区中申请。当内存不足时，会触发minor GC（作用域新生代上的垃圾回收叫做Minor GC, 作用域年老代上的垃圾回收叫做Major GC，作用域全局的垃圾回收叫做Full GC），把Eden区和S1（也叫做S from）的存活对象拷贝到S0（也叫做S to）中。拷贝一次之后，from和to的角色就进行调换。其中如何判断存活对象涉及到可达性分析和引用计数，拷贝对象涉及到垃圾回收算法，如复制算法。其中参数-XX:PretenureSizeThreshold可以控制对象超过多大直接在年老代中申请；参数-XX:MaxTenuringThreshold控制在年轻代经过几次回收后可以进入到年老代中。总的说来，由于新生代中主要存放新创建的对象，而新对象又经常只是临时使用一下，因此无用的对象比较多，通过复制算法可以快速的把存货对象整理到新的内存空间中，避免形成空间碎片，但是缺点是比较费内存。

年老代的垃圾回收就相对简单一些，在内存空间不足或没有足够的连续内存时会触发Major GC。一般会采用标记清除算法，先标记存货对象，然后进行回收。在CMS算法中可以通过参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0控制经过多少次年老代的回收执行一次整理，避免碎片。

永久代主要存放类等元数据信息，在jdk1.8之前通过PermSize在堆中分配，超过这个值就会抛出PermGen内存溢出。后来为了避免堆内存溢出，在jdk1.8之后采用元空间代替，在本地内存中直接分配。一般只要你的应用不是大量的加载jar，这部分空间一般不需要注意。