### Java内存结构详解
#### 一、概述
Java内存模型主要分为以下几个部分：堆（Heap）、栈（Stack）、方法区（Method Area）、程序计数器（Program Counter Register）以及本地方法栈（Native Method Stack）。本文将重点介绍其中的堆、栈、方法区以及本地方法栈，并通过图解的方式帮助理解。
#### 二、堆（Heap）
堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，主要用于存放所有由`new`关键字创建的对象实例。它被所有线程共享，并且它的生命周期与Java虚拟机相同。
##### 堆的分类
堆可以分为两个主要区域：年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
1. **年轻代**（Young Generation）：年轻代又可以细分为Eden区和两个Survivor区（通常称为S0和S1，但实际名称并不固定）。其中，Eden区用于存放新创建的对象；而Survivor区则用于经过第一次垃圾收集后仍然存活的对象。年轻代的目的是快速回收那些生命周期较短的对象。
- **Eden Space**：新创建的对象首先放在Eden区。
- **Survivor Space**：Survivor区分为两个相等大小的部分，即From Space和To Space。当Eden区满时，会触发一次Minor GC，存活的对象会被移动到From Space或者To Space，这个过程采用了复制算法（Coping Algorithm）。
2. **老年代**（Old Generation）：用于存放生命周期较长的对象。当对象在年轻代中经过多次垃圾回收依然存活时，会被晋升到老年代。老年代的GC策略主要是Full GC，这可能会导致应用程序暂时暂停（Stop-The-World）。
##### GC机制
- **Minor GC**：只清理年轻代，通常频率较高。
- **Major GC/Full GC**：清理整个堆，包括年轻代和老年代，通常频率较低，但可能导致应用程序长时间暂停。
##### GC触发条件
- 当Eden区空间不足时，会触发Minor GC。
- 当老年代空间不足时，会触发Full GC。
#### 三、栈（Stack）
栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，在Java中主要用于支持线程的运行。每个线程都有一个独立的栈，每当一个新的线程启动时，JVM都会为该线程创建一个栈，每调用一个方法，就会在该线程的栈中创建一个栈帧（Stack Frame），用来存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
#### 四、方法区（Method Area）
方法区也被称为永久代（Permanent Generation），主要用于存储已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。与堆不同的是，方法区在JDK 8之前被称为永久代，但在JDK 8中已经被元空间（Metaspace）取代。
- **元空间**：在JDK 8中引入，用于替代永久代。它使用的是本机内存而不是堆内存，因此不会受到堆内存大小的限制。可以通过设置`-XX:MetaspaceSize`和`-XX:MaxMetaspaceSize`来控制其初始大小和最大大小。
#### 五、本地方法栈（Native Method Stack）
本地方法栈与虚拟机栈非常类似，区别在于本地方法栈是为虚拟机使用到的Native方法服务的。当调用本地方法时，这些方法所需的栈帧也会在本地方法栈中创建。
#### 六、内存分配步骤
1. JVM尝试在Eden中为Java对象分配内存。
2. 如果Eden空间足够，则直接分配；否则触发GC。
3. 如果GC后Eden空间仍然不足，则尝试将部分Eden中的存活对象转移到Survivor区。
4. 如果Survivor区空间也不足，则尝试将对象转移到老年代。
5. 如果老年代空间仍然不足，则触发Full GC。
6. 如果Full GC后仍无法满足内存需求，则抛出`OutOfMemoryError`。
#### 七、内存溢出类型
1. **Java Heap Space**：当堆内存空间不足时，抛出`OutOfMemoryError: Java heap space`。
2. **PermGen Space**：当方法区（永久代）空间不足时，抛出`OutOfMemoryError: PermGen space`。在JDK 8中，由于永久代被元空间替换，此问题已不再出现。
#### 八、总结
Java内存模型的设计是为了高效地管理内存资源，确保程序能够稳定运行。通过对堆、栈、方法区以及本地方法栈的理解，我们可以更好地优化Java程序的性能，避免内存泄漏等问题的发生。
