一直不理解堆棧的概念，很多視頻課程講解又不全面，學習代碼的數(shù)據(jù)結構和算法成為了我最多困惑的地方。最近閑暇，查了下資料，基于Java語言整理下內(nèi)存區(qū)域劃分的基礎知識。
由于Java程序是交由JVM執(zhí)行的，所以在談Java內(nèi)存區(qū)域劃分的時候事實上是指JVM內(nèi)存區(qū)域劃分。在討論JVM內(nèi)存區(qū)域劃分之前，先來看一下Java程序具體執(zhí)行的過程：
了解jvm的結構之前，有必要先來了解一下操作系統(tǒng)的內(nèi)存基本結構
以上是操作系統(tǒng)存儲層次【CPU <--- > 寄存器<--- > 緩存（最多三級緩存）<--- >內(nèi)存<--- >磁盤緩存<--- >固定磁盤存儲<--- >可移動存儲介質】的部分展示。
操作系統(tǒng)內(nèi)存布局：
操作系統(tǒng)內(nèi)存的堆棧：
棧區(qū)（stack）：由編譯器自動分配釋放 ，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結構中的棧。
堆區(qū) （heap）：一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數(shù)據(jù)結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表
棧是為執(zhí)行線程留出的內(nèi)存空間（當線程創(chuàng)建的時候，操作系統(tǒng)會為每個系統(tǒng)級的線程分配棧）；
棧頂會為局部變量和數(shù)據(jù)預留塊，當函數(shù)執(zhí)行完畢，塊就沒有用了，可能在下次的函數(shù)調用的時候再被使用，棧通常都是采用后進先出的方式預留空間；因此最近的保留塊通常最先被釋放，從棧中釋放塊不過是指針的偏移（這里和數(shù)據(jù)結構中的棧的意思類似）
堆的數(shù)據(jù)結構并不是由系統(tǒng)支持的，而是由函數(shù)庫提供的基本的malloc/realloc/free函數(shù)維護了一套內(nèi)部的堆數(shù)據(jù)結構（所以才需要程序員自己釋放內(nèi)存，否則會造成內(nèi)存泄漏）；
堆包含了一個鏈表來維護已用和空閑的內(nèi)存塊；
申請內(nèi)存：
當程序需要在堆中分配內(nèi)存的時候，會從內(nèi)部堆中尋找可用的內(nèi)存空間，通過鏈表找到符合大小的內(nèi)存塊（鏈表遍歷的方向是由低地址指向高地址），但是由于堆是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，當找不到合適的內(nèi)存區(qū)域的時候，則會利用系統(tǒng)調用來動態(tài)增加程序數(shù)據(jù)段的內(nèi)存大小；
釋放內(nèi)存：
當系統(tǒng)受到程序的釋放內(nèi)存的申請的時候，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請的堆結點，然后該結點會從鏈表中刪除，并將該結點的空間釋放給內(nèi)存，這片內(nèi)存空間又會返回到堆結構中，會經(jīng)過內(nèi)存塊的組合，以便適合下次內(nèi)存分配申請；（這里面如果沒有管理內(nèi)存分配在釋放內(nèi)存時很容易會造成內(nèi)存碎片）
為什么jvm的內(nèi)存是分布在操作系統(tǒng)的堆中呢？？因為操作系統(tǒng)的棧是操作系統(tǒng)管理的，它隨時會被回收，所以如果jvm放在棧中，那java的一個null對象就很難確定會被誰回收了，那gc的存在就一點意義都沒有了，而要對棧做到自動釋放也是jvm需要考慮的，所以放在堆中就最合適不過了。
JVM 的內(nèi)存主要分為3個分區(qū)
堆區(qū)（Heap）-- 只存對象（數(shù)組）本身（引用類型的數(shù)據(jù)），不存基本類型和對象的引用。JVM只有一個堆區(qū)，這個“堆”是動態(tài)內(nèi)存分配意義上的堆——用于管理動態(tài)生命周期的內(nèi)存區(qū)域。JVM的堆被同一個JVM實例中的所有Java線程共享，它通常由某種自動內(nèi)存管理機制所管理，這種機制通常叫做“垃圾回收”（garbage collection，GC）。JVM規(guī)范并不強制要求JVM實現(xiàn)采用哪種GC算法。
棧區(qū)（Stack）-- 棧中只保存基礎數(shù)據(jù)類型的對象和對象引用。每個線程一個棧區(qū)，每個棧區(qū)中的數(shù)據(jù)都是私有的，其他棧不能訪問。棧內(nèi)有幀（方法調用會生成棧幀）分三個部分：基本類型變量區(qū)，執(zhí)行環(huán)境上下文，操作指令區(qū)。
方法區(qū) -- 又叫靜態(tài)區(qū)，跟堆一樣，被所有線程共享。方法區(qū)包含所有的class和static變量。方法區(qū)包含的都是在整個程序中永遠唯一的元素。如：class，satic。
細化到增加jvm內(nèi)部的處理和pc寄存器的配合時，可見，無論是在虛擬機中還是在我們虛擬機所寄宿的操作系統(tǒng)中功能目的是一致的，計算機上的pc寄存器是計算機上的硬件，本來就是屬于計算機，計算機用pc寄存器來存放“偽指令”或地址，而相對于虛擬機，pc寄存器它表現(xiàn)為一塊內(nèi)存(一個字長，虛擬機要求字長最小為32位)，虛擬機的pc寄存器的功能也是存放偽指令，更確切的說存放的是將要執(zhí)行指令的地址，它甚至可以是操作系統(tǒng)指令的本地地址，當虛擬機正在執(zhí)行的方法是一個本地方法的時候，jvm的pc寄存器存儲的值是undefined，所以應該很明確的知道，虛擬機的pc寄存器是用于存放下一條將要執(zhí)行的指令的地址(字節(jié)碼流)。
當一個classLoder啟動的時候，classLoader的生存地點在jvm中的堆，然后它會去主機硬盤上將A.class裝載到jvm的方法區(qū)，方法區(qū)中的這個字節(jié)文件會被虛擬機拿來new A字節(jié)碼()，然后在堆內(nèi)存生成了一個A字節(jié)碼的對象，然后A字節(jié)碼這個內(nèi)存文件有兩個引用一個指向A的class對象，一個指向加載自己的classLoader，如下圖。
方法區(qū)中的字節(jié)碼內(nèi)存塊，除了記錄一個class自己的class對象引用和一個加載自己的ClassLoader引用之外，還記錄了以下信息。
從上面的圖，不難發(fā)現(xiàn)，原來jvm的設計的模型其實就是操作系統(tǒng)的模型，基于操作系統(tǒng)的角度，jvm就是個java.exe/javaw.exe，也就是一個應用，而基于class文件來說，jvm就是個操作系統(tǒng)，而jvm的方法區(qū)，也就相當于操作系統(tǒng)的硬盤區(qū)，所以他也叫permanent區(qū)，因為這個單詞是永久的意思，也就是永久區(qū)，我們的磁盤就是不斷電的永久區(qū)。而java棧和操作系統(tǒng)棧是一致的，無論是生長方向還是管理的方式，至于堆，雖然概念上一致目標也一致，分配內(nèi)存的方式也一直(new,或者malloc等等)，但是由于他們的管理方式不同，jvm是gc回收，而操作系統(tǒng)是程序員手動釋放，所以在算法上有很多的差異。
堆棧的概念有2種，通常除了內(nèi)存上面的概念，還有數(shù)據(jù)結構里面的概念，兩者不完全相同。簡單的概念區(qū)分如下：
棧（操作系統(tǒng)-內(nèi)存）：由編譯器自動分配釋放 ，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結構中的棧， 他們通常都是被調用時處于存儲空間中，調用完畢立即釋放
堆（操作系統(tǒng)-內(nèi)存）： 一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收，分配方式倒是類似于鏈表。生命周期由虛擬機的垃圾回收算法來決定（并不是一旦成為孤兒對象就能被回收）。所以調用這些對象的速度要相對來得低一些
堆（數(shù)據(jù)結構）：堆可以被看成是一棵樹，如：堆排序
棧（數(shù)據(jù)結構）：一種后進先出的數(shù)據(jù)結構
參考資料：
JVM與操作系統(tǒng)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/44401058
操作系統(tǒng)中堆和棧的區(qū)別
https://blog.csdn.net/SpeedMe/article/details/22943191
java之jvm學習筆記十三(jvm基本結構)
https://blog.csdn.net/yfqnihao/article/details/8289363
JVM的內(nèi)存區(qū)域劃分
https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3613043.html
操作系統(tǒng)之堆和棧的區(qū)別
https://www.cnblogs.com/George1994/p/6399895.html
JVM學習（2）——技術文章里常說的堆，棧，堆棧到底是什么，從os的角度總結
https://www.cnblogs.com/kubixuesheng/p/5202561.html
