概述
Java虛擬機會自動管理內存，不容易出現內存泄漏和內存溢出問題。Java虛擬機會在執行過程中將管理的內存分為若干個不同的數據區域。
運行時數據區域
在jdk1.8之前的版本與1.8版本略有不同，在jdk1.8之前：
jdk1.8：
以上圖片來源：https://github.com/LikFre/JavaGuide
線程共享區域：
1.堆
2.方法區
3.直接內存（非運行時數據區）
線程私有區域：
1.虛擬機棧
2.本地方法棧
3.程序計數器
線程私有區域：
1.虛擬機棧
1.它的生命周期隨着線程的創建而創建，隨着線程的結束而死亡；
2.描述的是java方法執行的內存模型，java虛擬機棧是由一個個棧幀組成，每個棧幀都有局部變量表、動態鏈接、操作數棧、方法出口信息。
3.局部變量表主要存放可知的各種數據類型（8種基本數據類型變量，對象引用變量）；
4.Java虛擬機棧是線程私有的，每個線程都有自己的虛擬機棧；
5.java虛擬機棧中主要存放的是一個個棧幀，每調用一次方法都會有對應的棧幀壓入虛擬機棧，每一個方法執行結束后，都會有一個棧幀彈出。
Java方法有兩種返回方式：1、return；
2、拋出異常；
這兩種方式都會導致棧幀彈出；
java虛擬機棧會出現兩種異常：StackOverFlowError和OutOfMemoryError ：
1.StackOverFlowError：如果java虛擬機棧的內存大小不允許動態擴展，當虛擬機棧請求的內存超過棧的最大內存時就會出現StackOverFlowError異常；
2.OutOfMemoryError:如果java虛擬機棧的內存大小允許動態擴展，當線程請求棧的內存已用完，且無法再動態擴展時，拋出OutOfMemoryError異常；
2.本地方法棧
1.與java虛擬機棧的生命周期相同，都是線程私有，隨着線程的創建而創建，線程的結束而死亡。
2.描述的是Native方法執行的內存模型，也是由棧幀組成，每個棧幀用於存放本地方法的局部變量表，操作數棧、動態鏈接、方法出口信息；
3.也會出現兩種異常：StackOverFlowError和OutOfMemoryError
在HotSpot虛擬機中，虛擬機棧與本地方法棧合二為一；
3.程序計數器
1.程序計數器是一塊較小的內存空間，字節碼解釋器通過改變計數器的值來選取下一條字節碼指令。分支、跳轉、循環、異常處理、線程恢復都需要依賴程序計數器；
2.程序計數器也是線程私有的，每個線程都有自己的程序計數器；
3.程序計數器主要有兩個作用：
1.字節碼解釋器通過改變程序計數器的值來順序的執行字節碼指令；如：順序執行、循環、跳轉等；
2.在多線程環境下，程序計數器用於記錄當前線程執行的位置，當CPU切換再次執行當前線程時從程序計數器記錄的位置繼續執行；
注意：程序計數器是唯一一個不會出現OutOfMemoryError異常的內存區域，它的生命周期隨着線程的創建而創建，線程的結束而死亡；
線程共享區域：
1.堆
1.java虛擬機管理的最大的一塊內存區域，是所有線程共享的內存區域，隨着虛擬機的啟動而創建，主要用於存放對象實例，幾乎所有的對象實例和數組都在堆中存儲。
2.堆也是垃圾收集器主要管理的區域，因此也被稱為GC堆（Garbage Collected Heap）；從垃圾回收的角度：由於現在的收集器都采用分代收集算法，堆又被分為：新生代和老年代，進一步分為Eden空間、From Survivor、ToSurvivor。進一步划分目的是為了更好的回收內存或者更好的分配內存。
3.上圖中，Eden、S0、S1是新生代，TenTired是老年代。大部分情況，一個對象實例創建后存儲在Eden區域，經歷過一次垃圾回收之后，如果對象還存活，對象的年齡加+1（由Eden區進入到Survivor區），進入S0或者S1，當對象的年齡達到一定的閾值（默認是15），這個對象才會進入老年代區域，對象的閾值可以通過參數（-XX:MaxTenuringThreshold）來設置；
2.方法區
1.與java堆一樣，是線程共享的內存區域，主要用於存儲加載過的類信息、被final修飾的常量、靜態變量以及即時編譯器編譯的代碼，雖然java虛擬機規范把方法區列為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名NON-Heap（非堆），可能就是為了和堆區分開。
2.方法區也被稱為永久代，方法區是java虛擬機中的一種規范，並沒有去實現它，在不同的JVM方法區的實現也不同，永久代是HotSpot的概念，在HotSpot虛擬機中永久代是對方法區的一種實現，其他的虛擬機並沒有永久代這一說法。
3.在jdk1.8之前，方法區還沒有被移除，通過兩個參數可以設置永久代的大小：
-XX:PermSize=N //方法區 (永久代) 初始大小
-XX:MaxPermSize=N //方法區 (永久代) 最大大小,超過這個值將會拋出 OutOfMemoryError 異常
垃圾收集行為在這個區域很少出現，但並不是數據進入方法區就一直存在
4.jdk1.8版本，方法區（永久代）被移除，取而代之的時元空間，使用的是直接內存，可以通過以下兩個參數設置
-XX:MetaspaceSize=N //設置 Metaspace 的初始（和最小大小）
-XX:MaxMetaspaceSize=N //設置 Metaspace 的最大大小
與方法區最大的的不同就是，如果不指定大小，隨着更多的類創建，虛擬機可能會耗盡所有可用的系統內存
5.為什么要用元空間替換永久代？
整個永久代有JVM設置的固定大小上限，無法進行調整，而元空間使用的是直接內存，只受本機可用內存大小的限制，如果不指定最大元空間大小，-XX：MaxMetaspaceSize默認大小是unlimited,只受到本機可用內存大小限制,如果不指定初始大小，JVM會動態的分配應用程序所需要的大小。這只是其中一個原因，有興趣的可以去查閱資料。
3.運行時常量池
1.是方法區的一部分，主要用來存放編譯器生成的各種字面量和引用。字面量（文本字符串、基本數據類型的值、聲明為final的常量值、其他）
2.常量池的大小也受到方法區大小的限制，超過常量池的大小會報OutOfMemoryError異常。
3.jdk1.7及以后JVM將運行時常量池從方法區移出，在堆中開辟了一塊區域用來存放運行時常量池。
直接內存：
不屬於運行時數據區，也不是虛擬機規范中定義的內存區域，但是被頻繁的使用，也有可能引起OutOfMemoryError異常。
jdk1.4中新加入的NIO，使用一種基於通道（Channel）和緩存（Buffer）的方式，直接使用Native方法分配堆外內存，通過在java堆中一個DirectByteBuffer對象作為這塊內存的引用來操作，避免了java堆與Native堆之間來回復制數據，提高了性能。
HotSpot虛擬機：
1.對象的創建：
Step1：類加載檢查，虛擬機遇到一條new指令時，首先檢查指令的參數是否能在常量池中定位到這個類的符號引用，然后檢查符號引用代表的類是否被加載、解析和初始化過，沒有則執行相應的類加載過程。
Step2：分配內存，類加載檢查通過后，虛擬機為新生的對象分配內存，在類加載完成后已經確定了對象的大小，分配內存實際就是在堆中分配一塊確定大小的內存，分配內存有兩種方式：指針碰撞和空閑列表，
分配內存的方式取決於java堆內存是否規整，java堆內存是否規整取決於GC收集算法是“標記-清理”還是“標記-整理”；
1.指針碰撞：堆內存規整，使用過的內存全部整合到一邊，沒有使用的內存在另一邊，中間有一個分界值指針，只需要將指針往沒有使用的內存方向移動對象內存大小即可。GC收集器：Serial、ParNew；
2.空閑列表：堆內存不規整，虛擬機會維護一個列表，列表中記錄未使用的內存大小，選擇一塊足夠的內存來為對象分配，更新列表的記錄。GC收集器：CMS
分配內存的並發問題：對象的創建是很頻繁的，虛擬機要保證線程的安全性，采用兩種方式：
1.CAS+失敗重試：CAS是樂觀鎖的一種方式，每次認為不會有沖突的去執行某項操作，遇到沖突一直重試，知道成功為止。虛擬機使用CAS加失敗重試的方式來保證更新操作的原子性。
2.TLAB：為每一個線程預先在Eden區分配一塊內存，線程為對象分配內存時，首先在TLAB中分配，TLAB中內存不夠時或者已經用盡時，再使用CAS上述方式。
Step3：初始化零值，內存分配完成后，需要將分配到的內存空間初始化為零值，這一步保證了對象在不初始化的情況下，對象的實例字段在java代碼中可以不賦初始值就使用。
Step4：設置對象頭，初始化零值完成之后，虛擬機要對對象進行必要的設置，列如：這個對象是哪個類的實例、如何才能找到對象的元數據、對象的哈希碼、對象的GC分代年齡等信息，這些信息存儲在對象頭中。
Step5：執行init方法，在new出對象之后，把對象按照程序員的意願進行初始化，執行init方法。
2.對象在內存中的布局：
對象在內存中的布局可分為三個區域：對象頭、實例數據和對齊填充；
1.對象頭分為兩部分：一部分存儲自身的運行時數據（哈希碼、GC分代年齡等），另一部分類型指針，通過指針來確定這個對象是哪個類的實例
2.實例數據：是真正存儲對象的有效信息，對象的各種類型的字段內容。
3.對齊填充：不是必然存在的只是起到占位作用。HotSpot虛擬機的自動內存管理系統要求對象的起始地址必須是8字節的整數倍，前兩部分不足8字節的整數倍時，使用對齊填充補足。
3.對象的訪問定位:
創建對象就是為了使用對象，通過在棧上存儲的引用類型變量來操作堆上的具體類型變量，對象的訪問方式由虛擬機決定，目前主流的有兩種：①使用句柄 ②直接指針
1.使用句柄：java堆中會有一塊內存作為句柄池，棧中的引用類型變量中保存的是句柄池的句柄，句柄池中有對象的實例數據和對象類型信息的地址，也就是引用變量訪問句柄池，句柄池再訪問對象。
2.直接指針：棧中的引用類型變量中直接保存的是對象的地址，可以直接訪問。
使用句柄訪問的好處是，變量中保存的是穩定的句柄池的地址，在對象被移動時改變句柄池中的地址即可，變量保存的地址不需要改變。
使用直接指針的好處是：速度快，節省了一次指針定位的時間。
內容補充：
String類與常量池
String對象的兩種創建方式：
String str1 = "Hello" ; String str2 = new String("Hello"); String str3 = new String("Hello"); System.out.println(str1 == str2);//false System.out.println(str2 == str3);//false
str1.先檢查常量池中有沒有“Hello”，沒有就在常量池中創建，人后str1指向常量池中“Hello”的地址，常量池中已經有的話，str1直接指向常量池中“Hello”的地址。
str2,在堆中重新創建一個新的對象
第一種方式：在常量池中拿對象，
第二種方式：直接在堆內存中創建新的對象
String類型的常量池有兩種使用方式
String str1 = new String("Hello" ); String str2 = str1.intern(); String str3 = "Hello"; System.out.println(str1 == str2);//true System.out.println(str2 == str3);//false
上述代碼中 str2和str3指向的都是字符串常量池中的“Hello”
第一種方式：使用雙引號聲明的String對象會直接存儲在常量池中
第二種方式：使用String提供的intern方法，intern（）方法是一個本地方法，它的作用是：如果當前字符串對象的字符串已經在常量池中，那么直接返回常量池中該字符串的引用，如果當前字符串對象的字符串內容不在常量池中，那么在常量池中創建一個字符串，返回該字符串的引用。
字符串拼接：
String str1 = "hel"; String str2 = "lo"; String str3 = "hel"+"lo"; String str4 = str1 + str2; String str5 = "hello"; System.out.println(str3 == str4);//false System.out.println(str4 == str5);//false System.out.println(str3 == str5);//true
str4是在堆上新建的對象，str3與str5都是常量池中的“hello”
8種基本類型的包裝類與常量池
java基本類型的包裝類中有六種實現的常量池技術：Byte、Short、Integer、Long、Character、Boolean，前五種默認使用[-128,127]的緩存數據，超出這個范圍才會創建對象。Double和Float沒有實現常量池技術。
Integer i1 = 44; 默認使用Integer.valueOf(44),從而使用常量池中的數據，只有超過【-128,127】才會在對中創建對象。
Integer i2 = new Integer（44）；這種直接在堆中創建對象，
Integer i1 = 40; Integer i2 = 40; Integer i3 = 0; Integer i4 = new Integer(40); Integer i5 = new Integer(40); Integer i6 = new Integer(0); System.out.println("i1=i2 " + (i1 == i2));//true System.out.println("i1=i2+i3 " + (i1 == i2 + i3));//true System.out.println("i1=i4 " + (i1 == i4));//false System.out.println("i4=i5 " + (i4 == i5));//false System.out.println("i4=i5+i6 " + (i4 == i5 + i6));//true System.out.println("40=i5+i6 " + (40 == i5 + i6));//true
i5+i6這個操作符“+”不適用於Integer對象，所以i5與i6自動拆箱，加之后就變為：i4=40，又因為i4是Integer對象，無法與int對象比較，i4自動拆箱為int值為40，所以相等
原文地址：https://github.com/LikFre/JavaGuide/blob/master/docs/java/jvm/Java%E5%86%85%E5%AD%98%E5%8C%BA%E5%9F%9F.md