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JVM的内存模型

JVM 的内存模型（运行时数据区）是 JVM 执行 Java 程序时划分的内存区域，用于存储程序运行所需的数据。它由 线程共享区域（堆、方法区）和 线程私有区域（虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器）组成，遵循 JSR-133 规范，确保内存管理和线程安全。

1. JVM 内存模型详解

(1) 堆（Heap）

  • 作用：存储对象实例和数组，是 GC（垃圾回收）的核心区域。
  • 特点：
  • 线程共享，所有线程访问。
  • 动态分配，JVM 启动时指定大小（如 -Xms、-Xmx）。
  • 分区（HotSpot JVM）：
  • 新生代：Eden、Survivor（From、To），存放新对象。
  • 老年代：存放长期存活对象。
  • 示例：
Object obj = new Object(); // 分配在堆上

(2) 方法区（Method Area）

  • 作用：存储类信息、常量、静态变量和 JIT 编译后的代码。
  • 特点：
  • 线程共享。
  • JDK 7 前称“永久代”（PermGen），JDK 8 改为元空间（Metaspace），使用本地内存。
  • 运行时常量池：
  • 存储字面量和符号引用（如 String s = "abc" 的 "abc"）。
  • 示例：
static int x = 10; // 存储在方法区

(3) 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）

  • 作用：线程私有，存储方法执行的栈帧（Stack Frame）。
  • 栈帧内容：
  • 局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址。
  • 特点：
  • 每个线程一个栈，方法调用时压栈，结束时出栈。
  • 大小可调（如 -Xss）。
  • 异常：
  • StackOverflowError：栈溢出。
  • 示例：
void method() { int a = 1; } // a 在栈中

(4) 本地方法栈（Native Method Stack）

  • 作用：支持本地方法（Native Method，如 JNI 调用 C 代码）的执行。
  • 特点：
  • 线程私有，与虚拟机栈类似。
  • 实现因 JVM 厂商而异。
  • 示例：
System.arraycopy(); // 调用本地方法

(5) 程序计数器（Program Counter Register）

  • 作用：记录当前线程执行的字节码指令地址。
  • 特点：
  • 线程私有，小块内存。
  • 指向下一条指令（字节码行号）。
  • 本地方法执行时为空。
  • 示例：
  • 执行 i++ 时，PC 指向下一指令。

2. 内存模型图示

JVM 内存模型
+---------------------+
|  线程共享区域        |
|  +-------+          |
|  | 堆    |          |
|  +-------+          |
|  +-------+          |
|  | 方法区|          |
|  +-------+          |
+---------------------+
|  线程私有区域        |
|  +-------+          |
|  | 虚拟机栈 |       |
|  +-------+          |
|  +-------+          |
|  | 本地方法栈 |     |
|  +-------+          |
|  +-------+          |
|  | 程序计数器 |     |
|  +-------+          |
+---------------------+

3. 特点与作用

  • 线程共享：
  • 堆：对象存储，GC 管理。
  • 方法区：类元数据，长期存在。
  • 线程私有：
  • 栈：方法执行上下文，生命周期短。
  • PC：指令执行控制。
  • 内存分配：
  • 动态调整（如 -Xmx 设置堆大小）。
  • 元空间默认无上限（-XX:MaxMetaspaceSize 可限）。

4. 与 Java 内存模型（JMM）的区别

  • JVM 内存模型：运行时数据区，物理划分。
  • JMM（Java Memory Model）：线程间内存可见性规范，定义主内存和工作内存交互（如 volatile）。

延伸与面试角度

  • GC 影响：
  • 堆分代（新生代、老年代），Minor GC 和 Full GC。
  • 内存溢出：
  • 堆：OutOfMemoryError: Java heap space。
  • 栈：StackOverflowError。
  • 元空间：OutOfMemoryError: Metaspace。
  • 调优参数：
  • -Xms、-Xmx：堆初始和最大。
  • -Xss：栈大小。
  • -XX:MaxMetaspaceSize：元空间上限。
  • 实际应用：
  • Spring Boot：对象在堆，类信息在方法区。
  • 面试点：
  • 问“结构”时，提 5 大区域。
  • 问“异常”时，提 OOM 和 SOE。

示例（内存分配）

public class Demo {
    static String s = "hello"; // 方法区
    public static void main(String[] args) {
        int x = 10; // 虚拟机栈
        Object obj = new Object(); // 堆
    }
}

总结

JVM 内存模型分为堆、方法区（共享）和栈、本地方法栈、程序计数器（私有），管理对象、类信息和线程执行。面试时，可画图或提 GC 分代，展示理解深度。