1、JVM规定

《The Java Machine Specification》中将JVM内存结构（又称运行时数据区Runtime Data Area）分为六部分（参看第三章）：

  1. The pc Register
  2. Java Virtual Machine Stacks
  3. Heap
  4. Method Area
  5. Runtime Constant Pool
  6. Native Method Stacks；

以上数据区的具体描述可参考规范。需要注意的是，以上只是一个规范说明，并没有规定虚拟机如何实现这些数据区。Sun JDK实现将内存空间划分为方法区、堆、本地方法栈、JVM方法栈、PC寄存器五部分。

如下图所示：

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2、内存空间详解

1）PC寄存器和JVM方法栈

每个线程都会拥有以及创建一个属于自己的PC寄存器和JVM方法栈，PC寄存器占用的有可能为CPU寄存器或者OS内存，而JVM栈占用的为OC内存。

每运行一个方法，便会将方法的信息压入JVM方法栈中，同时将当前执行方法放入PC寄存器中（需要注意的是，如果当前方法为Native方法，PC寄存器的值为空）。可以想到，如果方法栈太深，如递归方法，便会报StackOverflowError，同样如果占用空间太多，也会报OutOfMemoryError。需要修改JVM参数设置：-Xss××k，在××中填入数字。

2）本地方法栈

同JVM方法栈一样，本地方法栈存放的是native方法的调用的状态。在Sun JDK的实现中，本地方法栈和JVM方法栈是同一个。

3）方法区

方法区存放了要加载的类的信息（名称、修饰符等）、类的静态变量、类中定义为fianl类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，你用Class对象的方法，如getName()、getFields()等来获取信息时，这些数据都来自方法区。需要注意的是，Runtime Constant Pool（常量池）也存放在方法区中。

方法区是被同一个JVM所有线程所共享的，在Sun JDK中这块区域对应Permanet Generation（持久代），默认最小值为16MB，最大值为64MB，可通过-XX:PermSize及-XX:MaxPermSize来指定。当方法区无法满足分配请求时，会报OutOfMemoryError。

4）堆

堆用于存放对象实例以及数组值，可以认为所有通过new来创建的对象的内存均在此分配。一般所说的GC，大部分都是对堆进行的。

堆在32位操作系统上最大为2GB，在64位的则没有限制，大小通过-Xms和-Xmx来控制。-Xms为JVM启动时申请的最小堆内存，默认为物理内存的1/64但小于1GB；-Xmx为JVM可申请的最大堆内存，默认为物理内存的1/4但小于1GB，默认当空余堆内存小于40%的时候，JVM会将堆增大到-Xmx指定大小，可通过-XX:MinHeapFreeRatio=来指定比例，空余堆大于70%时，会将堆大小降到-Xms指定大小，这个参数可用-XX:MaxHeapFreeRatio=来指定。但对于运行系统来说，会避免频繁调整堆大小，会将-Xms和-Xmx的值设为一样。

为了让内存回收更加高效，Sun JDK从1.2开始对堆采取了分代管理的方法，如下图：

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4.1) 新生代（New Generation）

大多数的新建对象都是从新生代中分配内存，新生代由Eden（伊甸园） Space和两块相同的Survivor Space（S0，S1或者From，To）构成。

可通过-Xmn参数来指定新生代大小，-XX:SurvivorRatio来调整Eden与S Space的大小。

4.2）旧生代（Old Generation）

用于存放新生代经过多次垃圾回收仍然存活的对象，像Cache。同时新建的对象也有可能在旧生代上直接分配内存，一般来说是比较的对象，即：单一大对象以及大数组，-XX:PretenureSizeThreshold = 1024 (byte, default = 0)可用来代表单一对象超过多大即不在新生代分配。

旧生代所占内存大小为-Xmx-（-Xmn）。

3、典型JVM参数配置汇总

配置 解释
-Xss××k 方法栈深度
-XX:PermSize 方法区内存最小值
-XX:MaxPermSize 方法区内存最大值
-Xms JVM启动分配最小堆内存
-Xmx JVM启动分配最大堆内存
-XX:MinHeapFreeRatio= 堆内存需扩展时，剩余内存最小比例，默认40%
-XX:MaxHeapFreeRatio= 堆内存需收缩时，剩余内存最大比例，默认70%
-Xmn 堆新生代内存大小
-XX:NewRatio= 如参数为4，则新生代与旧生代比例为1:4
-XX:SurvivorRatio= S0/S1占新生代内存的比例
-XX:PretenureSizeThreshold= 需要内存超过参数的对象，直接在旧生代分配
-XX:MaxTenuringThreshold= 设置垃圾最大年龄。如果为0，新生代对象不经过S区，直接进行旧生代，值较大的话，会增加新生代对象再GC的概率

PretenureSizeThreshold 不一定完全生效，其中取决于 tlab 是否可用。tlab是每个线程在eden里分配的一块内存区域，主要为了提高内存分配效率。如果 tlab 可用的话，优先分配在 tlab 中。

4、小结

总的来说，所有语言的内存结构都大同小异，均分为堆、栈、区，堆放动态分配（alloc）的对象，栈存放临时变量、方法过程等，区则存放编译时确定的方法签名、常量池等。

JVM的内存结构需要结合GC一起学习，有兴趣的可以参考以及《分布式Java应用》这两本书。