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从操作系统角度看，JVM 在运行时和其它进程没有本质区别。在系统级别上，它们具有同样的调度机制，同样的内存分配方式，同样的内存格局。
JVM 进程空间中，Java Heap 以外的内存空间称为 JVM 的 native memory。Native Memory没有相应的参数来控制大小，其大小依赖于操作系统进程的最大值（对于32位系统就是3~4G，各种系统的实现并不一样），以及生成的Java字节码大小、创建的线程数量、维持java对象的状态信息大小（用于GC）以及一些第三方的包，比如JDBC驱动使用的native内存。当越来越多的资源在 native memory 中分配，占据越来越多 native memory 空间并且达到 native memory 上限时，JVM 会抛出异常，使 JVM 进程异常退出。而此时 Java Heap 往往还没有达到上限。多种原因可能导致 JVM 的 native memory 内存泄漏。例如 JVM 在运行中过多的线程被创建，并且在同时运行。JVM 为线程分配的资源就可能耗尽 native memory 的容量。
这是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程之间的计数器互不影响，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。 如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
经常有人把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种分法比较粗糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂。所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型），它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。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都在这里分配内存。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定
大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展
时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它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。虽然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。
对于习惯在HotSpot虚拟机上开发和部署程序的开发者来说，很多人愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代的概念的。
从JDK7开始永久代的移除工作，贮存在永久代的一部分数据已经转移到了堆或者是Native Memory。但永久代仍然存在于JDK7，并没有完全的移除：符号引用(Symbols)转移到了Native Memory;字面量(interned strings)转移到了堆;类的静态变量(class statics)转移到了堆。
这次JDK8修改了JVM，去掉了PermGen内存，所以永久代的参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize也被移除了，转而出现了一个Metaspace，其实这两个的作用都类似，都是用来装载一些类信息。但是PermGen是在JVM内存中的，而新的Metaspace是直接在navite memory中的，因此由于Permanent Generation默认很小而导致内存溢出的情况理论上是不会再出现了，因为Metaspace默认大小只要不超过机器内存，那么就是无限制的。不过也可以通过参数-XX:MaxMetaspaceSize=2M来限制它的大小，超过这个大小一样会报内存溢出。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。 既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
常量池在java6、java7/8中各有不同，如果想监控内存，可以使用jvisualvm这个工具。
在java7以前，常量池被放在永久代（PermGen）中，由于PermGen默认很小，因此如果在运行期间使用intern方法的话，很容易PermGen内存溢出，所以java7以前不推荐使用这个方法。可以使用XX:MaxPermSize=128m这个参数来增加永久代的大小。
从java7开始把常量池的符号引用和字面量移动到堆中，意味着你不再被限制在固定的内存中啦，它为Java8 彻底移除PermGen作准备。所有的字符对象将和其他普通对象一样位于堆中.你可以通过-XX:StringTableSize=1009这个参数来调整常量池大小，由于移到了Heap 中，如果String pool 中的一个String，没有被任何实例所引用，是会被GC回收的。
除了字符串常量池，实际上还有整型常量池、浮点型常量池等等，但都大同小异，只不过数值类型的常量池不可以手动添加常量，程序启动时常量池中的常量就已经确定了，比如整型常量池中的常量范围：-128~127，只有这个范围的数字可以用到常量池。
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