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下图是经典的JVM内存布局：
1 Heap （堆）
Heap是OOM故障最主要的发源地，它存储着几乎所有的实例对象，堆由垃圾收集器自动回收，堆区域由各子线程共享使用。通常情况下，它所占用的空间是所有内存区域中最大的，但如果无节制地创建大量对象，也容易消耗完所有的空间。堆的内存空间既可以固定大小，也可以在运行时动态的调整，比如可以通过-Xms 256M来设定初始值，通过-Xmx512M来设定最大值，其中-X代表它是JVM运行参数，ms是memory start的简称，mx是memory max的简称，分别代表最小堆容量和最大堆容量。但是在通常情况下，服务器在运行过程中，堆空间不断的扩容与回缩，会形成不必要的系统压力，所以在生产环境中，建议JVM的Xms和Xmx设置为同样大小，以免在GC后调整堆大小时带来的额外压力。
堆分为两大部分：新生代和老年代。对象产生之初在新生代，步入暮年时进入老年代，但是老年代也会接纳在新生代无法容纳的超大对象。新生代由1个Eden区和2个Survivor区组成，绝大部分对象在Eden区申城，当Eden区装填满的时候，会触发YGC。当垃圾回收的时候，在Eden区实现清除策略，没有被引用的对象则直接回收。依然存活的对象会被移送到Survivor区。Survivor区分为S0和S1两块内存空间，每次YGC的时候，它们将存活的对象复制到未使用的那块空间，然后将当前正在使用的空间完全清楚，交换两块空间的使用状态。如果YGC要移送的对象大于Survivor区容量的上线，则直接移交给老年代。假如一些没有进取心的对象以为可以一直在新生代的Survivor区交换来交换去，那就错了。每个对象都有一个计数器，每次YGC都会加1。-XX:MaxTenuringThreshold参数能配置计数器的值达到每个阀值的时候，对象从新生代晋升至老年代。如果该参数配置为1，那么从新声代的Eden区直接移至老年代。默认值是15，可以再Survivor区交换14次之后，晋升至老年代。晋升流程图如下：
如图所示，如果Survivor区无法放下，或者超大对象的阈值超过上限，则尝试在老年代中进行分配；如果老年代也无法放下，则会触发FGC。如果依然无法放下，则抛出OOM。堆内存出现OOM的概率是所有内存耗尽异常中最高的。出错时的堆内信息对解决问题非常有帮助，所以给JVM设置运行参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，让JVM遇到OOM异常时能输出堆内信息，特别是对相隔数月才出现的OOM异常尤为重要。
在不同的JVM实现及不同的回收机制中，堆内存的划分方式是不一样的。
2 Metaspace（元空间）
注：JDK8使用元空间替换了永久代，在JDK8及以上版本中，设定MaxPermSize参数，JVM在启动时并不会报错，但是会提示Hotspot已删除该设置项。
元空间在本地内存中分配。在JDK8中，字符串常量在堆内存，其它内容包括类元信息、字段、静态属性、方法、常量等都在元空间内。
3 JVM Stack（虚拟机栈）
栈（Stack）是一个先进后出的数据结构，就像子弹的弹夹，最后压入的子弹先发射，压在底部的子弹最后发射，撞针只能访问位于顶部的那一颗子弹。
相当于基于寄存器的运行环境来说，JVM是基于栈结构的运行环境，栈结构移植性更好，可控性更强。JVM中的虚拟机栈是描述Java方法执行的内存区域，它是线程私有的。栈中的元素用于支持虚拟机进行方法调用，每个方法从开始调用到执行完成的过程，就是栈帧从入栈到出栈的过程。在活动线程中，只有位于栈顶的帧才是有效的，成为当前栈帧。赈灾执行的方法称为当前方法，栈帧是方法运行的基本结构。在执行引擎运行时，所有指令都只能针对当前栈帧进行操作。而StackOverflowError表示请求的栈溢出，导致内存耗尽，通常出现在递归方法中。操作栈的压栈与出栈如图所示：
虚拟机栈通过压栈和出栈的方式，对每个方法对应的活动栈帧进行运算处理，方法正常执行结束，肯定会跳转到另一个栈帧上。在执行的过程中，如果出现异常，会进行异常回溯，返回地址通过异常处理表确定。栈帧在整个JVM体系中的地位颇高，包括局部变量表、操作栈、动态连接、方法返回地址等。
(1) 局部变量表
局部变量表是存放方法参数和局部变量的区域。相对于类属性变量的准备阶段和初始化阶段来说，局部变量没有准备阶段，必须显示初始化。如果是非静态方法，则在index[0]的位置上存储的是方法所属对象的实例引用，随后存储的是参数和局部变量。字节码指令中的STORE指令就是将操作栈中计算完成的局部变量写回局部变量表的存储空间内。
(2) 操作栈
操作栈是一个初始状态为空的桶式结构栈。在方法执行过程中，会有各种指令往栈中写入和提取信息。JVM的执行引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈指的就是操作栈。
(3) 动态连接
每个栈帧中包含一个在常量池中对当前方法的引用，目的是支持方法调用过程的动态连接。
(4) 方法返回地址
方法执行时有两种退出情况：
第一，正常退出，即正常执行到任何方法的返回字节码指令，如RETURN、IRETURN、ARETURN等；
第二，异常退出。
无论何种退出情况，都将返回至方法当前被调用的位置。方法退出的过程相当于弹出当前栈帧，退出可能有三种方式：
• 返回值压入上层调用栈帧。
• 异常信息抛给能够处理的栈帧。
• PC计数器指向方法调用后的下一条指令。
4 Native Method Stacks（本地方法栈）
本地方法栈在JVM内存布局中，也是现成对象私有的，但是虚拟机栈"主内"，而本地方法栈"主外"。这个"内外"是针对JVM来说的，本地方法栈为Native方法服务。现成开始调用本地方法时，会进入一个不再受JVM约束的世界。本地方法可以通过JNI（Java Native Interface）来访问虚拟机运行时的数据区，甚至可以调用寄存器，具有和JVM相同的能力和权限。当大量本地方法出现时，势必会削弱JVM对系统的控制力，因为它的出错信息都比较黑盒。对于内存不足的情况，本地方法栈还是会抛出native heap OutOfMemory。
顺便说一下JNI，如果在项目过程中大量使用其它语言来实现JNI，相当于丧失了Java的扩平台特性，而且增加了额外的不可控因素，威胁到程序运行的稳定性。假如真需要与本地代码交互，可以用中间件、服务接口的方式进行解耦，这样即使本地方法崩溃也不至于影响到JVM的稳定。
5 Program Counter Register（程序计数寄存器）
在程序计数寄存器中，Register的命名源于CPU的寄存器，CPU只有把数据装载到寄存器才能够运行。寄存器存储指令相关的现场信息，由于CPU时间片轮限制，众多线程在并发执行过程中，任何一个确定的时刻，一个处理器或者多核处理器中的一个内核，只会执行某个线程中的一条指令。这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？每个线程在创建后，都会产生自己的程序计数器和栈帧，程序计数器用来存放执行指令的偏移量和行号指示器等，线程执行或恢复都需要依赖程序计数器。程序计数器在各个线程之间互不影响，此区域也不会发生内存溢出异常。
最后，从线程共享的角度来看，堆和元空间是所有线程共享的，而虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程内部私有的，从这个角度看一下Java内存结构，如下图所示。
