为什么学习运行时数据区

1. 熟悉jvm如何管理内存
2. 便于排查内存泄露和内存溢出相关的问题

Java内存区域（运行时数据区域）和内存模型（JMM） 区别

• 内存区域是指 Jvm 运行时将数据分区域存储，强调对内存空间的划分。
• 内存模型（Java Memory Model，简称 JMM ）是定义了线程和主内存之间的抽象关系，即 JMM 定义了 JVM 在计算机内存(RAM)中的工作方式，如果我们要想深入了解Java并发编程，就要先理解好Java内存模型。

组成部分（jdk1.7 / jdk1.8）

• Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成若干个不同的数据区域。
• JVM规范中规定了五个部分：堆，方法区，虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器
• jdk7 和 jdk8 的区别
  • 虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器 基本没变化
  • 方法区是在虚拟机规范里面被定义的，不同的虚拟机对这个定义的实现不同，在HotSpot 虚拟机中在 jdk1.7 版本之前的方法区实现叫永久代（PermGen space）（是堆的一部分），jdk1.8 之后叫做元空间（Metaspace）（是本地内存的一部分）。
  • 堆 在1.7 中被划分为 新生代，老年代，永久代, 1.8 中被划分为 新生代，老年代（默认比例1:2）。
    • 新生代中进一步划分为Eden，S0(SurivorFrom)，S1(SurivorTo)（默认比例 8:1:1）

• 为什么方法区会从 堆 中移除到 堆外
  • 在 HotSpot JVM 中，永久代中用于存放类和方法的元数据以及常量池，比如Class和Method。每当一个类初次被加载的时候，它的元数据都会放到永久代中。但永久代是有大小限制的，因此如果加载的类太多，很有可能导致永久代内存溢出，即万恶的 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen ，由于 PermGen 内存经常会溢出，因此 JVM 的开发者希望这一块内存可以更灵活地被管理，不要再经常出现这样的 OOM
  • 移除 PermGen 可以促进 HotSpot JVM 与 JRockit VM 的融合，因为 JRockit 没有永久代。
  • 根据上面的各种原因，PermGen 最终被移除，方法区移至 Metaspace，字符串常量移至 Java Heap。

从线程隔离性分类

1. 线程共享（所有线程共享）：堆，方法区
2. 线程私有（每个线程都有一套）：虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器（与线程的生命周期一致）

与类加载的关系

每个区域的功能

1. 程序计数器
   1. 记录 JVM 字节码指令地址，如果是执行 native 方法，则是未指定值（undefined）
   2. 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
   3. 是唯一一个在 JVM 规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域
2. 虚拟机栈
   1. 每个线程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次 Java 方法调用，是线程私有的，生命周期和线程一致。
   2. 虚拟机栈是对程序运行，方法调用的实现，每个方法执行，伴随着入栈（进栈/压栈），方法执行结束出栈
   3. 栈中可能出现的异常
      1. Java 虚拟机规范允许 Java虚拟机栈的大小是动态的或者是固定不变的
      2. 如果采用固定大小的 Java 虚拟机栈，那每个线程的 Java 虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过 Java 虚拟机栈允许的最大容量，Java 虚拟机将会抛出一个 StackOverflowError 异常
      3. 如果 Java 虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那 Java 虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError异常
   4. 栈帧的内部结构
      1. 局部变量表（Local Variables）
      2. 操作数栈（Operand Stack）(或称为表达式栈)
      3. 动态链接（Dynamic Linking）：指向运行时常量池的方法引用
      4. 方法返回地址（Return Address）：方法正常退出或异常退出的地址一些附加信息
         
3. 本地方法栈
   1. Java 虚拟机栈用于管理 Java 方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用
   2. 与操作系统交互
4. 方法区
   1. 用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
   2. Java 虚拟机规范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做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。
5. 堆

   栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪。

   1. 此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数据都在这里分配内存。为了进行高效的垃圾回收，虚拟机把堆内存逻辑上划分成三块区域（分代的唯一理由就是优化 GC 性能）

参考文章

• https://javaguide.cn/java/jvm/memory-area.html#%E8%BF%90%E8%A1%8C%E6%97%B6%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%8C%BA%E5%9F%9F
• https://pdai.tech/md/java/jvm/java-jvm-struct.html
• https://www.51cto.com/article/704419.html
• https://cnblogs.com/czwbig/p/11127124.html