【后端面经-Java】JVM内存分区详解

1. JVM内存分区简介

JVM内存分区如图所示：

主要有如下几个区域：

• 栈（Stack）
• 堆（Heap）
• 方法区（Method Area）
• 程序计数器（PC）
• 本地方法栈（Native Method Stack）

其中，程序计数器用于存储线程当前执行的指令地址（记录进度），程序计数器是线程私有的；
本地方法栈并不是每个JVM都必须实现，而是针对支持native本地方法调用的JVM。

• 本地方法：使用非Java语言定义的方法；
• 本地方法栈同一般的JVM栈一样，可分配固定或者动态内存。

剩余的三个区域：栈、堆、方法区，在下文中会详细介绍。

2. JVM栈

Java栈的基本存储单元为栈帧，每个线程对应一个栈帧，不同栈帧之间不会共享数据。
栈帧主要包括：

• 局部变量：在方法内部定义的变量
• 操作数栈：函数形参
• 指向运行时常量池的引用
• 方法返回地址
• 附加信息

JVM栈的内存大小可以固定设置也可以动态分配，当出现栈溢出的时候，固定内存的栈会抛出StackOverFlowError，而动态分配的栈则会抛出OutOfMemoryError。

3. JVM堆

JVM堆中存放的是对象实例（说人话就是用new创建的对象，因为数组也是new int[]这种形式创建的，所以JVM将数组看作一种特殊的对象）。
JVM堆是线程共享的，可动态分配内存。
需要注意的是，当一个方法结束之后，JVM栈中的相关数据会出栈，释放内存，但是对于JVM堆，虽然创建对象的方法已经消失，但是对象本身并不会在堆中被销毁，而是会等待垃圾回收机制进行内存回收。

4. JVM方法区

JVM方法区主要用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
方法区是线程共享的。
方法区中有个区域叫做常量池，包括静态常量池和运行时常量池。
静态常量池存放的是编译时就能够确定的常量数据，包括一些常数、类信息、方法信息等等；
运行时常量池存放的是运行时才能够确定的常量数据。

需要注意的是，运行时常量池在JDK1.7之后不再放在方法区中，而是放在堆中。

因此，对于常见的字符串常量池，如果一个字符串在编译时可以确定值，那么就放在方法区的静态常量池中，如果在运行时遇到字符串先查找常量池，常量池中没有该字符串，则该字符串被创建，创建的对象会放在运行时常量池中，放在方法区还是堆中就需要根据版本来确定。

5. JVM内存分配实例

public class Demo {
	String username;
	public void method() {
        int i=1;
		System.out.println("执行类方法");
	}
	public static void main(String[] args) {
		int i=1;
		String str="hello java";
		Demo demo=new Demo();
		demo.username="123";
		demo.method();
		
	}
 
}
//出处：https://blog.csdn.net/m0_57816620/article/details/127332057?spm=1001.2101.3001.6650.1&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~Rate-1-127332057-blog-125451232.235%5Ev38%5Epc_relevant_anti_t3&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~Rate-1-127332057-blog-125451232.235%5Ev38%5Epc_relevant_anti_t3&utm_relevant_index=2

对于上面的Java代码，各位可以思考一下内存分配的具体情况。

1. Demo类编译的时候产生.class文件，放在方法区的静态常量池中，存储类信息；
2. 从Demo类的main方法进入，方法main的内存地址入栈，
3. int i=1;创建一个局部变量i，值为1，入栈；
4. String str="hello java";创建一个字符串变量str，入栈；对于hello java这个字符串常量，JVM查找静态常量池和运行时常量池中是否存在该字符串，如果存在，字符串变量str直接指向该字符串常量，如果不存在，则创建一个字符串常量hello java，并将该字符串常量放入运行时常量池中，然后字符串变量str指向该字符串常量；
5. Demo demo=new Demo()创建一个对象变量demo，入栈；对于对象实例本身，则会创建之后存于堆中，然后demo变量指向该对象实例；
6. demo.username="123"修改类中的属性值，在堆中设置username变量,值为123;
7. demo.method()调用类方法，方法定义存于JVM方法区中，取出该方法信息，然后进入method方法，开启新一个线程，JVM栈帧加1，存放method方法的内存地址；
8. 执行method方法，int i直接将局部变量入栈；
9. System.out.println("执行类方法");则是调用System.out.println方法（库方法）；
10. method方法执行完毕，栈帧出栈；
11. main方法执行完毕，栈帧出栈。
12. 栈中无栈帧，结束进程；而此时堆中依然保留Demo对象实例，等待垃圾回收机制回收。

面试模拟

Q：JVM堆、栈、方法区的作用
A：JVM栈存放方法调用时的局部变量、形参、返回地址等信息，每个方法调用的时候都会产生一个栈帧，出入栈操作实现方法的嵌套调用；
堆中存放的是对象实例或者数组，是线程共享的，可动态分配内存；
方法区存放的是一些静态变量和常量数据，包括类编译的方法和属性信息，静态常量池和运行时常量池在JDK1.6均属于此类。

参考资料

1. Java JVM 中 堆，栈，方法区 详解
2. Java堆、栈、方法区、常量池
3. java内存分配（堆，栈，方法区，常量池）图解
4. Java内存模型（JMM）总结