首先先来看下JDK1.7和JDK1.8的JVM划分模型

从这张图可以看到JDK1.8和JDK1.7相比最大的区别是：1.8版本开始用元空间区取代了永久代，永久代原本主要存放Class和Meta的信息。而元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，这些数据区域可以分为两个部分：一部分是线程共享的，一部分则是线程私有的。其中，线程共享的数据区包括方法区和堆，线程私有的数据区包括虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器。

一、程序计数器

我们知道，线程是CPU调度的基本单位。在多线程情况下，当线程数超过CPU数量或CPU内核数量时，线程之间就要根据时间片轮询抢夺CPU时间资源。也就是说，在任何一个确定的时刻，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器去记录其正在执行的字节码指令地址。
　　因此，程序计数器是线程私有的一块较小的内存空间，其可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。如果线程正在执行的是一个 Java 方法，计数器记录的是正在执行的字节码指令的地址；如果正在执行的是 Native 方法，则计数器的值为空。
　　程序计数器是唯一一个没有规定任何 OutOfMemoryError 的区域。

二、虚拟机栈

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，是线程私有的。每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，而且 每个方法从调用直至完成的过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。其中，局部变量表主要存放一些基本类型的变量（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和 对象句柄，它们可以是方法参数，也可以是方法的局部变量。
　　虚拟机栈有两种异常情况：StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。我们知道，一个线程拥有一个自己的栈，这个栈的大小决定了方法调用的可达深度（递归多少层次，或嵌套调用多少层其他方法，-Xss 参数可以设置虚拟机栈大小），若线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，则抛出 StackOverFlowError 异常。此外，栈的大小可以是固定的，也可以是动态扩展的，若虚拟机栈可以动态扩展（大多数虚拟机都可以），但扩展时无法申请到足够的内存(比如没有足够的内存为一个新创建的线程分配栈空间时)，则抛出 OutofMemoryError 异常。下图为栈帧结构图：

三、本地方法栈

本地方法栈与Java虚拟机栈非常相似，也是线程私有的，区别是虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务，而本地方法栈为虚拟机执行 Native 方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

四、Java堆

Java堆通常是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。Java 堆的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例（和数组）都在这里分配内存。Java堆是线程共享的，类的对象从中分配空间，这些对象通过new、newarray、 anewarray 和 multianewarray 等指令建立，它们不需要程序代码来显式的释放。
　 由于Java堆唯一目的就是用来存放对象实例，因此其也是垃圾收集器管理的主要区域，故也称为称为 GC堆。从内存回收的角度看，由于现在的垃圾收集器基本都采用分代收集算法，所以为了方便垃圾回收Java堆还可以分为 新生代 和 老年代 。新生代用于存放刚创建的对象以及年轻的对象，如果对象一直没有被回收，生存得足够长，对象就会被移入老年代。新生代又可进一步细分为 eden、survivorSpace0 和 survivorSpace1。刚创建的对象都放入 eden，s0 和 s1 都至少经过一次GC并幸存。如果幸存对象经过一定时间仍存在，则进入老年代。下图给出了Java堆的结构图：

注意，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。而且，Java堆在实现时，既可以是固定大小的，也可以是可拓展的，并且主流虚拟机都是按可扩展来实现的（通过-Xmx(最大堆容量) 和 -Xms(最小堆容量)控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再拓展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

五、方法区

方法区在JVM中也是一个非常重要的区域，它与堆一样，是被线程共享的区域。在方法区中，存储了每个类的信息（包括类的名称、方法信息、字段信息）、静态变量、常量以及编译器编译后的代码等。方法区是堆的一个逻辑部分，为了区分Java堆，它还有一个别名Non-Heap（非堆）。相对而言，GC对于这个区域的收集是很少出现的。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

六、元空间

在JDK1.8中元空间区取代了永久代，永久代原本主要存放Class和Meta的信息。而元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。
为什么进行替换大致有以下几点原因：
1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

七、直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。在Nio中，它可以使用Native函数直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。（可以提高性能，因为避免了Java堆和Native堆中来回赋值数据。）该区域不受堆大小限制但是会受到本机总内存（RAM或SWAP）大小等限制。如果忽略这点将堆大小设置过大使得各个内存区域大小总和大于物理内存，它会在动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

八、Java堆分配部分参数

-Xms：设置Java应用程序启动时的初始堆大小
-Xmx：设置Java应用程序能获得的最大堆大小
-Xss：设置线程栈的大小
-XX:NewRatio: 设置Yong 和 Old的比例，比默认值为2，则Old Generation是 Yong Generation的2倍，即Yong Generation占据内存的1/3
-XX:NewSize : 设置Yong Generation的初始值大小
-XX:MaxNewSize：设置Yong Generation的最大值大小
-XX:SurviorRatio : 设置Eden和一个Suivior的比例，默认值为8，即Eden是To(S2)的比例是8，（From和To是一样大的），此时Eden占据Yong Generation的8/10
-XX:InitialTenuringThreshol : 设置晋升到老年代的对象年龄的最小值，默认为7
-XX:MaxTenuringThreshold : 设置晋升到老年代的对象年龄的最大值