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JDK 8 JVM内存结构详解

news 2025/6/27 19:54:40

前言

本文所介绍的是 JDK 1.8 版本，其他版本的 JDK 在这里并不一定正确；内容主要摘自周志明的《深入理解Java虚拟机》一书的关键点，并根据自身的理解进行记录。感兴趣的同学可以去阅读原著。

JVM 的内存结构，主要包括以下 5 个区域：

线程私有： 程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈
线程共享： 方法区、堆
在这里插入图片描述

程序计数器

上面讲到，程序计数器是线程私有的，它指示的是当前线程所执行的字节码行号，控制跳转、循环，当线程过了 CPU 的时间片，就需要用它记录起来，方便后续恢复“执行现场”，这也是线程私有的原因。该区域是虚拟机规范中唯一一个不会产生内存溢出（OutOfMemoryError）的区域。

Java 虚拟机栈

Java 虚拟机栈也是线程私有的，在方法执行时会创建一个栈帧，该栈帧包括了局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。可以思考一下，以下方法执行时，对应的是哪一部分？

public boolean method(int methodParam) {int localVariable = 1;BigDecimal objReference = new BigDecimal("3.1415926");double a = 1.1;double b = 3.6;double c = a + b;return true;
}

局部变量表：编译期可知的各种 Java 虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、
float、long、double）、对象引用（reference类型）。
操作数栈：可理解为 Java 虚拟机栈中的一个用于计算的临时数据存储区，例如变量 b 与 c 他们要相加，得先将它们加到操作数栈中，再执行相加的操作，这里用到的都是操作数栈，以下为字节码文件。
动态链接：这个可以类比 c、c++ 编译时会共用一个库文件以节省内存，linux 下为 .so、windows 下为 .dll。
方法出口：这个见名知意。

在 Java 虚拟机规范中，这个内存区域存在两种异常类型：达到栈最大深度产生 StackOverflowError 与动态扩展无法申请到足够内存时产生OutOfMemoryError 。但书中说明在 HotSpot 虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的，因此不会存在 OutOfMemoryError。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用相似，它的是为 Native 方法服务的，同样也能抛出 StackOverflowError 与 OutOfMemoryError 异常。

Java 堆

堆可谓是与我们打交道最多的一处了，我们进行调优也主要是调这个区域的内存分配与回收机制；它是线程共享的，主要用来存放对象的实例以及字节数组，但事实上并非所有的对象都分配在堆上，因为后面新版本的逃逸分析技术允许不在堆上分配对象空间。
一般的堆由新生代、老年代组成，新生代里面又细分为 Eden 区、Survivor 1、Survivor 2 区；大多数的对象都是朝生熄灭，很大可能会在新生代就被“消灭”。
在该区域会发生的异常为 OutOfMemoryError，下面代码简单验证是否对象一定在堆上分配：

 // 以下代码执行，如果在堆上分配将会出现 OOM，但实际却并没有public static void main(String[] args) {// 配置 -Xmx10m，如果在堆上分配会立即 OOMwhile (true) {new Clazz();}}static class Clazz {/*** 5MB*/byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 5];}

方法区

该区域与堆一样，也是线程共享的，主要存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后代码的缓存等数据，可以将它认为是概念性的区域，不同版本有不同的实现，如 JDK 8 之前由永久代实现，JDK 8 由元空间（Meta Space）实现并放到了直接内存，不受 JVM 的参数限制，当物理内存不足也会抛出 OutOfMemoryError。
随着发展实际上，在最终元空间主要只剩下了类信息，其他都没移出，下面是历程：
在这里插入图片描述

运行时常量池：是方法区的一部分，class 字节码文件除了有类版本号、字段、接口信息、方法信息外还有一份常量池表，常量池表主要存储编译期间生成的字面量（int a = 1,1就是字面量）与符号引用（类引用其他对象，编译期间无法得知，因此给个符号标识），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。