參考來源於深入理解Android虛擬機器一書。

1. Java 虛擬機器棧 VM Stack

棧中的資料是以棧幀（Stack Frame）的格式存在的，虛擬機器在執行每一個方法的呼叫時都會建立一個棧幀的資料結構，棧幀包括了方法的區域性變量表（輸入引數、輸出引數、方法內的變數）、棧操作（記錄出棧、入棧的操作）、動態連結、方法、類檔案等一些額外的附加資訊。

區域性變量表中存放了編譯期的基本資料型別（boolean、byte、int、char、short、float、long、double）和物件的引用（reference型別，並不是物件本身）。每一個方法的呼叫，其實就是對應著一個棧幀在虛擬機器裡入棧出棧的過程。對於活動執行緒中棧頂的棧幀，稱為當前棧，這個棧幀所關聯的方法稱為當前方法。

虛擬機器棧是執行緒私有的，是線上程建立時建立的，它的生命週期跟隨執行緒的生命週期，執行緒結束時釋放記憶體，是不需要垃圾回收的。當方法A被呼叫就會產生一個棧幀F1，並壓入到棧中，A方法又呼叫了B方法，產生棧幀F2也被壓入棧，方法執行完畢，先彈出F2，再彈出F1，遵循”先進後出”原則，執行緒結束，棧釋放。

Java棧會丟擲的異常：

• 如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，會丟擲StackOverflowError異常。
• 如果無法申請到足夠的記憶體來實現棧的對臺擴充套件，或者沒有足夠的記憶體為一個新執行緒建立Java棧，會丟擲OutOfMemoryError異常。

2. Java 堆 Java Heap

Java堆用來存放由關鍵字new建立的物件和陣列。在堆中分配記憶體，是所有執行緒共享的記憶體區域。堆在虛擬機器啟動時建立。Java堆記憶體區域的唯一目的就是存放物件的例項，幾乎所有的物件例項都在這裡分配記憶體。

實際上，棧中的變數指向堆記憶體中的變數，這就是Java的指標。

Java堆也是垃圾回收機制管理的主要區域，因此很多時候也會內成為”GC堆”（Garbage Collected Heap）
一個Java虛擬機器例項只會存在一個堆記憶體，堆記憶體分成三部分：

• 永久儲存區 Permanent Space ：存放JDK自身攜帶的Class Interface的元資料，在此區域的資料是不會被GC的，只有關閉虛擬機器才會被釋放所佔用的記憶體。
• 新生區 Young Generation Space ：新生區是類誕生、成長、消亡的區域，一個類在這裡產生、應用，最後被GC回收。新生區又分為2部分：伊甸區（Eden Space）和倖存區（Survivor Space）。所有類都在伊甸區被new出來。倖存區又分為：倖存0區（Survivor 0 Space）和倖存1區（Survivor 1 Space）。當伊甸區記憶體用完時，程式又需要建立物件，Java虛擬機器的垃圾回收器就會對伊甸區進行GC，將此區不再被其他物件所引用的物件進行銷燬，剩餘的物件移動到倖存0區。如果倖存0區也滿了，在對該區進行GC，然後移到倖存1區。如果倖存1區也滿了，就移動到養老區。
• 養老區 Tenure Generation Space ：養老區用於儲存從新生區帥選出來的Java物件。

如果堆中沒有可用記憶體完成類例項或陣列的分配，在物件數量達到最大的堆容量限制後就會丟擲OutOfMemoryError異常。

通過-Xmx和-Xms限制堆記憶體大小。

3. 本地方法棧 Native Method Stack

在Java中，本地方法棧中執行的不是Java語言所編寫的程式碼，如C、C++。

4. 方法區 Method Area

在Java系統中，方法區在虛擬機器啟動時建立，是所有執行緒共享的記憶體區域，用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼資料等。有個別名叫做Non-Heap（非堆）。

方法區的回收目標主要針對的是常量池的回收和對類的解除安裝。方法區的大小可以控制。

在方法區無法滿足記憶體分配需求時，將會丟擲OutOfMemoryError異常，在異常後面跟隨的資訊提示是”PermGen Space”，說明執行時常量池屬於方法區（HotSpot虛擬機器永久代）的一部分。

通過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法區大小。

5. 執行時常量池 Runtime Constant Pool

執行時常量池是方法區的一部分。在Class檔案中，除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊就是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期間生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類載入後，存放到方法區的執行時常量池中。

類的常量池在該類的Java Class檔案被載入Java 虛擬機器成功地載入時建立。

執行時常量池和Class檔案的常量池的區別：

• Class檔案的常量池在編譯期生成，在執行期被裝載。
• 執行時常量池具備動態性，在執行期間也可以將新的常量放入執行時常量池中。Native方法String.intern()就可以向執行時常量池中新增內容，該方法的作用是：如果池中已經包含了等於此String物件的字串，則返回池中代表這個字串的String物件；否則，將此String物件的字串新增到常量池中，並且返回此String物件的引用。

執行時常量池受到方法區記憶體的限制，當執行時常量池無法在申請到記憶體時，就會丟擲OutOfMemoryError異常。

在裝載Class檔案時，如果Class檔案的常量池的建立需要比方法區中需要更多的記憶體時，也會丟擲OutOfMemoryError異常。

6. 直接記憶體 Direct Memory

直接記憶體並不是虛擬機器執行時資料區的一部分，從JDK1.4開始，加入NIO（new Input/Output），可以通過Native函式庫直接分配堆外記憶體，然後通過一個儲存在Java堆裡面的DirectByteBuffer物件作為這塊記憶體的引用進行操作。

本機直接記憶體的分配不會受到Java堆大小的限制，但是會受到本機總記憶體（RAM、SWAP區或者分頁檔案）的大小及處理器定址空間的限制。如果超出了實體記憶體的限制，會丟擲OutOfMemoryError異常。

通過-XX:MaxDirectMemorySize限制直接記憶體大小。

7. 物件訪問

Object obj = new Object();

如果這段程式碼出現在方法中，那”Object obj”就會反映到Java棧中區域性變量表中，作為一個reference型別資料出現。而”new Object()”就會反映到Java堆中，形成一塊儲存了Object型別所有資料值的結構化記憶體。另外，Java堆中還必須包含能查詢到此物件型別資料的地址資訊，這些型別資料儲存在方法區中。

由於reference型別在Java虛擬機器只規定了一個指向物件的引用，並沒有規定通過哪種方式去查詢Java堆中物件的具體位置。不同的虛擬機器實現的方式不同，主流又2種：使用控制代碼和直接指標。

• 如果使用控制代碼訪問方式，Java堆中將會劃分出一塊記憶體來作為控制代碼池，reference中儲存的就是物件的控制代碼地址，而控制代碼中包含了物件例項資料的地址資訊和物件型別資料的地址資訊。

• 如果使用直接指標訪問方式，reference中直接儲存的就是物件地址。（Sun HotSpot使用的是直接指標的訪問方式）。使用直接指標訪問的好處是速度快，節省了一次指標定位的時間開銷。

8. 記憶體洩漏 Memory Leak

一般我們常說的記憶體洩漏是指堆記憶體的洩露。堆記憶體是指程式從堆中分配的，大小任意的（記憶體塊的大小可以在程式執行期決定），使用完後必須顯示釋放的記憶體。

記憶體洩漏有四種：

• 常發性記憶體洩漏：洩露程式碼唄執行多次，很頻繁的發生。
• 偶發性記憶體洩漏：特定環境下的才會發生的記憶體洩漏。
• 一次性記憶體洩漏：記憶體洩漏的程式碼只會背執行一次，如Singleton類的洩露。
• 隱式記憶體洩漏：程式在執行過程中分配的記憶體，直到程式結束時才釋放記憶體。嚴格的說，並沒有發生記憶體洩露，但是因為不及時的釋放記憶體，可能最終會導致系統記憶體耗盡。