JVM 内存结构

线程私有区域

这些区域的生命周期与线程相同，随线程的创建而创建，随线程的销毁而销毁。

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

作用：记录当前线程正在执行的字节码指令的地址。执行引擎通过读取它的值来确定下一条要执行的指令。
特性：
- 线程私有，确保线程切换后能恢复到正确的执行位置。
- 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。
- 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虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame），用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从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入栈到出栈的过程。

局部变量表 (Local Variable Table)
- 存放方法参数和方法内部定义的局部变量。
- 基本存储单位是槽（Slot）。long和double类型的变量会占用2个槽，其他基本数据类型和引用类型占用1个槽。
- 对于实例方法，第0个槽（slot[0]）默认用于存放this引用。
操作数栈 (Operand Stack)
- 一个后进先出（LIFO）的栈，用于保存计算过程的中间结果，并作为计算过程中变量临时的存储空间。
- Java虚拟机的解释执行引擎是基于栈的执行引擎，此处的“栈”就是指操作数栈。
动态链接 (Dynamic Linking)
- 每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。
- 作用是将符号引用（代码中的方法名、变量名）转换为直接引用（内存地址）。
方法返回地址 (Return Address)
- 当一个方法执行完毕后，需要返回到调用它的地方。方法返回地址就存放了调用该方法的指令的下一条指令的地址。

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，其区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。在HotSpot虚拟机中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

所有线程共享这些数据区域，在虚拟机启动时创建。

堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是所有线程共享的区域，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以及数组都要在堆上分配。

为了高效地进行垃圾回收，HotSpot虚拟机将堆在逻辑上划分为：

新生代 (Young Generation)
- 新创建的对象首先被分配到这里。
- 分为一个伊甸园区（Eden Space）和两个幸存者区（Survivor Space S0/S1）。绝大多数对象在Eden区生成，经过Minor GC后存活的对象会在两个幸存者区之间移动。
老年代 (Old Generation)
- 存放生命周期较长的对象，通常是经过多次新生代GC后仍然存活的对象。

对象的创建非常频繁，在并发环境下直接在堆上分配内存需要加锁，影响效率。
TLAB (Thread Local Allocation Buffer，线程本地分配缓冲区) 是一个优化措施。虚拟机为每个线程在新生代的Eden区预先分配一小块内存，作为该线程的私有分配缓冲区。
当需要分配对象时，线程首先在自己的TLAB中分配，这样可以避免多线程间的锁竞争，提升分配效率。TLAB用完后，再通过加锁的方式去Eden区申请。

理论上所有对象都应在堆上分配，但通过即时编译器（JIT）的逃逸分析技术，情况有所改变。

逃逸分析：分析一个对象的动态作用域，判断其是否可能“逃逸”出创建它的方法。
如果一个对象没有发生逃逸，编译器可以进行优化：
- 栈上分配：直接在栈上为对象分配内存，方法执行结束后，对象随栈帧一起销毁，无需GC介入，极大提升性能。
- 标量替换：将一个聚合量（对象）拆散成多个标量（基本数据类型）来存储，不创建这个对象，而是将它的成员变量直接在栈上分配。
- 同步消除（锁消除）：如果一个对象不会被其他线程访问，那么对这个对象的所有同步操作都可以安全地消除掉。

方法区用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器（JIT）编译后的代码缓存等数据。

方法区是一个逻辑概念，不同的虚拟机有不同的实现。在HotSpot虚拟机中，它的实现经历了演变：

JDK 版本	实现方式	存储内容
JDK 1.6 及之前	永久代 (PermGen)	类型信息、常量、静态变量、字符串常量池都存放在永久代。永久代在JVM堆中。
JDK 1.7	永久代 (PermGen)	字符串常量池和静态变量被移出永久代，放到了Java堆中。
JDK 1.8 及之后	元空间 (Metaspace)	永久代被彻底移除，由元空间取代。元空间使用本地内存（Native Memory），不再占用JVM堆内存。类型信息、方法信息等存放在元空间，但字符串常量池和静态变量仍在Java堆中。