1、前言
对于C、C++步伐员来说，在内存管理范畴，他们拥有对象的“全部权”。从对象创建到内存分配，不但须要照顾到对象的生，还得照顾到对象的灭亡。背负着每个对象生命开始到竣事的维护和管理责任。
对于JAVA步伐来说，由于JVM捏造机的加持，不再须要为每个对象去写配对的delete/free 代码。交由捏造机去管理内存，因而相对来讲不容易出现内存移除和内存走漏的标题。不外也正是JAVA步伐员把内存控制权交给了JVM，一旦出现了内存泄漏和溢出的标题，修正起来会比力艰巨，假如你不相识捏造机的化。因而从事JAVA的步伐员，多多少少须要相识JVM的内存模子，资助我们更好应对JAVA内存标题。
2、JVM内存模子
许多Java开发职员会把Java内存地域分别为堆内存（Heap）和栈内存（Stack）。这种分别方式是直接继续C、C++步伐的内存结构。在Java中现实内存地域分别会更复杂。
开篇一张图：
线程隔离的数据区，或称为“线程私有的内存”。他们的生命周期与线程雷同。线程开发的时间，会分配该内存空间，当线程被烧毁，则这么部门内存空间也会随即开释。
2.1、 步伐计数器
步伐计数器为当火线程所实行的字节码的行号指示器。由于JVM的多线程是通过期间片轮转切换，依次分配处置惩罚器来实行的。由于在任何一个确定的时候，一个处置惩罚器只能实行一条线程指令。当处置惩罚器被切换到另一个线程指令实行的时间，处置惩罚器须要记着当前指令停止的位置，以便下次实行的时间从当前停止位置规复。该停止的位置成为指令字节码的行号。步伐计数器就是用来 存储该行号，因此步伐的分支，循环，跳转，非常处置惩罚，线程规复等都须要依靠这个计数器。
假如一个线程正在实行一个JAVA方法，则该计数器记载的是当前正在实行的捏造机字节码指令的地点；
假如一个线程正在实行的是本地（Native）方法，则该计数器的值为空。
该内存地域也是唯逐一个在《Java捏造机规范》中没有规定任何OOM环境的地域。为线程私有。
2.2、捏造机栈
Java捏造机以方法作为最根本的实行单元，“栈帧”则是用于支持捏造机举行方法调用和实行的数据结构，也是捏造机运行时数据区中的捏造机栈的栈元素。
捏造机栈形貌的是Java方法实行的线程内存模子：每个方法被实行的时间，Java捏造机都会同步创建一个栈帧用于 存储局部变量表、操纵数栈、动态毗连、方法出口等信息。每个方法被调用直至实行完毕的过程，就对应着一个栈帧在捏造机中从入栈到出栈的过程。捏造机栈也是线程私有的。
比方举个简朴的例子，我们同步将捏造机栈内存放大： - // 有一段代码
- double methodA() {
- int quantity = 10;
- double result = methodB(quantity);
- return result;
- }
- double methodB(int quantity){
- if(isVip()) {
- return quantity * _basePrice * 0.9;
- } else {
- return quantity * _basePrice * 0.98;
- }
- }
- boolean isVip(){
- retrun _isvip == 1 ? true : false;
- }
处置惩罚器在实行该段代码的时间，先实行methodA()，中央发现调用了methodB()，反面发现又调用了isVip()。此时方法methodA，methodB，isVip实行时的数据结构被称为栈帧。
则该线程的捏造机栈模子如下：
- 方法实行methodA方法，method方法对应的栈帧（栈帧1）被压入栈底位置，此时methodA为当前运动栈帧；
- 当方法methodA调用methodB方法，此时methodB方法对应的栈帧（栈帧2）也被压入栈中，此时实行methodB方法；
- 当方法methodB调用isVip方法，继续将isVip方法对应的栈帧（栈帧3）压入栈中；
- 当isVip方法实行完毕，对应的isVip栈帧实行出栈操纵，并将效果记载下来；
- 当methodB方法实行完毕，同样对应的栈帧2实行出栈操纵；
- methodA实行完毕，对应的栈帧1实行出栈操纵；此时捏造机栈中没有任何的栈帧；当线程实行竣过后，该捏造机栈也会随即灭亡（现实上是在等候被接纳）。
<blockquote class="kdocs-blockquote" style="text-align:left;">试想一下：假如一个递归方法，且没有符合的条件退出。会导致死循环递归，那么终极该捏造机栈也会被压爆。这时间捏造机遇抛出StackOverflowError非常。
StackOverflowError非常：指线程哀求的栈深度大于捏造机所答应的深度，将抛出该非常。
OutOfMemoryError非常：假如Java捏造机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到充足的内存，则会抛出该非常。（HotSpot捏造机的栈容量是不可以动态扩展的，以是在此捏造机上是不会出现捏造机栈导致的OutOfMemoryError）。2.2.1、局部变量表
是一组变量值的 存储空间，用于存放方法的参数和方法内部界说的局部变量。
局部变量是以变量槽（Slot）为最小单元。每个变量槽都应该能存放一个捏造机根本数据范例（boolean，byte，char，short，int，float，long，double），对象引用（reference范例或returnAddress范例）的数据。
当一个方法被调用时，JVM会利用局部变量表来完成参数值到参数变量列表的通报过程，即实参到形参的通报。假如实行的是实例方法（非static），那局部变量表中第0位索引的变量槽默认是用于通报方法所属对象实例的引用，在方法中可通过“this”来访问。
2.2.2、操纵数栈
操纵数栈是方法实行算数运算或调用其他方法举行参数通报时间的前言。操纵数栈也可以称为表达式栈，在方法实行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据。
2.2.3、动态毗连
每个栈帧都包罗一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个方法的引用是为了支持方法调用过程中的动态链接。
Class文件的常量池中存有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池里指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部门会在类加载阶段或第一次利用时被转化为直接引用（称为静态分析）。另一部门将在每次运行期间转化为直接引用，这部门就称为动态毗连。
2.2.4、方法出口
当一个方法实行后，要么正常调用完成，将返回值返回给上层调用者；要么非常调用完成，由于非常导致步伐退出。
但是不管怎样退出，在方法退出之后，步伐都必须返回到最初方法调用时的位置，方法返回时大概须要在栈帧中生存一些信息，用来资助规复它的上层主调方法的实行状态。
方法退出的过程现实上等同于把当前栈帧出栈，以是退出时大概实行的操纵有：
1、规复上层方法的局部变量表和操纵数栈；
2、把返回值（假如有的话）压入调用者栈帧的操纵数栈中；
3、调解PC计数器的值以指向方法调用指令反面的一条指令等。
2.2.5、附加信息
其他附加信息。不外一样平常会把动态毗连，方法返回地点，其他附加信息同一称为栈帧信息。
2.3、本地方法栈
本地方法栈与捏造机栈的作用非常雷同。只是捏造机栈为Java方法服务，而本地方法栈为利用本地方法（Native）服务。HotSpot捏造机通常直接把本地方法栈和捏造机栈合二为一，统称为栈。同样本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError非常。
2.4、Java堆
对于Java应用步伐，Java堆是整个捏造机内存中最大的一块。是被全部线程共享的一块内存地域。Java中险些全部的对象实例以及数组都在堆上分配。
因此堆是GC实行垃圾接纳的重点关注对象。
堆空间的模子如下：
- 老年代（Tenure / Old Gen）：存储长期存活对象，老年代占堆空间的2/3。假如老年代内存满了，会触发Major GC。
- 新生代（Young Gen）：生命周期较短的对象，占对空间的1/3。此中新生代又分为Eden，From Survivor，To Survivor。
- 伊甸空间（Eden）：顾名思义，伊甸园为齐备初始的地方。这里指对象的生命周期刚出生便是在这块内存地域。假如Eden空间不敷以给新对象分配充足的内存，则会触发Minor GC对Eden举行垃圾接纳，将不须要的对象烧毁，剩余对象放进S0（From Survivor）区。假如再次触发GC，会将S0复制到S2。假如再次触发GC，存活对象从S2复制到S0。GC过程该空间会重复此步调，直到对象存活周期履历过15次GC（默认15次，可设置）依然没有被接纳，将会转移到老年代。
- S0空间（From Survivor）/ S2空间（To Survivor）：这两个成为幸存空间，Eden、S0、S2的内存占用比例默以为8：1：1。当新生代内存到达肯定量时，假如直接举行垃圾接纳（清算）会带来空间碎片标题。因此当举行清算之前，会将存活的对象放进S0和S2地域，有助于垃圾接纳和清算。
<blockquote class="kdocs-blockquote" style="text-align:left;">为什么Eden、S0、S2的内存占用比例默以为8：1：1？
IBM公司研究表明，新生代中的对象约98%生命周期都是很短的。8：1：1是基于大量实行和数据网络分析统计之后的比力公道的比例。
<blockquote class="kdocs-blockquote" style="text-align:left;">Minor GC / Young GC：新生代GC
Major GC：老年代GC，对于高相应要求的体系，须要只管镌汰Major GC，会导致相应超时
Full GC：清算整个Heap空间，包罗新生代，老年代，永世代
为什么要把堆空间举行分代？不分代不能工作吗？
着实分代的意义是为了优化垃圾接纳（GC）的性能，简朴明确就是分而治之。分代以后对部门须要清算对象只须要小范围举行接纳即可，无需扫描整个堆空间。不外反面的G1垃圾网络器开始，取消了内存分代，取而代之的是每个同等的region。一个对象创建中堆空间的内存申请和分配流程大抵如下：
别的JVM提供了一些操尴尬刁难空间的参数选项，常见的有：
参数
| 形貌
| -Xms
| 堆内存初始巨细
| -Xmx
| 堆内存最大答应巨细
| -Xns
| 新生代内存初始巨细
| -Xmn
| 新生代最大答应巨细
| -XX:SurvivorRatio=8
| 年轻代中Eden区与Survivor区的容量比例值，默以为8，即8:1
| -Xss
| 线程栈内存巨细。JDK1.5后默认每个为1M，镌汰该值能天生更多线程
|
2.5、方法区
方法区也是线程共享的内存地域，用于存储已被JVM加载的范例信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。别名也叫“非堆”，目的是与Java堆区分开。
1、范例信息：类class，接口interface，罗列enum，注解annotation
2、字段信息（域信息）：域名称，信息，范例的修饰特性符public, abstract，final......
3、方法信息：返回范例void等，参数列表，方法修饰特性public, protected - /**
- * Student：方法区
- * stuInstance: 栈区
- * new Student(): 堆区
- */
- Student stuInstance = new Student();
说到这里，许多人会把方法区称为“永世代”，大概举行等价。本质上不是的，早先HotSpot计划团队选择把分代计划扩展至方法区，大概说用永世代来实现方法区，如许做的目的是HotSpot的GC接纳器可以大概像Java堆一样管理这部门内存，就不消单独为方法区编写一个专门的内存管理工作。
JDK8之后废弃了永世代，改为元空间（Meta Space）。元空间与永世代雷同，最大的区别是元空间直接利用本地内存，而不是JVM。因此JDK8过后，元空间就不再见出现OOM标题。
2.6、运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部门。class文件中除了有类的 版本，字段，方法，接口等形貌信息以外，尚有常量池表，用于存放编译期天生的各种字面量和符号引用，这部门内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
常量池是方法区的一部门，固然假如无法申请到内存时，也会抛出OutOfMemoryError。
3、直接内存
直接内存并不是JVM的内存地域，属于操纵体系自己的内存。JDK1.4加入的NIO类，引入了Channel与缓冲区Buffer。它可以直接利用Native函数库直接分配直接内存，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来举行操纵，可以明显进步 性能。
为什么这里要讲直接内存？直接内存固然不受到Java堆的限定，但是收到了操纵体系总内存巨细以及处置惩罚器寻址空间的限定。 通常我们在用-Xmx设值堆巨细信息时，会常常忽略直接内存；有大概使得内存地域大于物理内存限定，而导致动态扩展时出现OOM非常。
直接内存既然不属于Java内存，那么天然也JVM GC也无法接纳他。假如须要接纳，须要主动调用Unsafe的freeMemory方法。
可以通过-XX:MaxDirectMemorySize来指定直接内存的容量巨细，假如不指定，默认与Java堆的最大值同等。
<blockquote class="kdocs-blockquote" style="text-align:left;">直接内存导致内存溢出，一个显着的特性是在Heap Dump文件中不会瞥见显着的非常环境，假如发现内存溢出之后产生的Dumo文件很小，而步伐中又直接或间接利用了Directmemory（典范的间接利用就是NIO），那就可以思量重点查抄一下直接内存方面的缘故原由。4、小结
JVM专栏第一篇。明确了JVM的内存模子，对于JVM内存的一些标题处置惩罚应该会更加得心应手（口试唬人）。
参考资料：《深入明确Java捏造机》 - 第三版
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发表于 2026-1-25 07:39:30