【JVM】Java的内存模型(JMM)！

一、运行时数据区域划分

JVM虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成若干个不同的数据区域。

• JDK 1.8之前分为：线程共享（Heap堆区、Method Area方法区）、线程私有（虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器）

• JDK 1.8以后分为：线程共享（Heap堆区、MetaSpace 元空间）、线程私有（虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器）

 

二、JVM中程序计数器（Program Counter Register）

是一块非常小的内存区域，它的作用是记录当前线程执行的字节码指令的地址。在Java虚拟机中，每个线程都有自己独立的程序计数器，因此多线程之间执行的程序计数器互不干扰。

程序计数器主要有如下两个作用：

• 线程切换恢复：当线程被切换时，程序计数器可以帮助线程恢复到之前执行的位置，从而继续执行。

• 字节码指令定位：程序计数器可以帮助JVM在多线程环境下准确地定位到每个线程正在执行的指令，从而保证线程间的切换和协作的正确性。

• 异常情况 

程序计数器是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域，它随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

三、Java 虚拟机栈（VM Stack） 

Java 虚拟机栈是由一个个栈帧组成，而每个栈帧中都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。 

 操作数栈：主要用于保存计算过程中的中间结果,同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

当一个方法开始执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令向操作数栈中写入和提取内容，也就是出栈和入栈操作。

例如整数加法(2+3)的字节码指令iadd，这条指令在运行的时候要求操作数栈中最接近栈顶的两个元素已经存入了int类型的数据，当执行这个指令时，会把这两个int值出栈并相加，然后将相加的结果重新入栈。

每一次方法调用都会有一个对应的栈帧被压入 VM Stack虚拟机栈，每一个方法调用结束后，代表该方法的栈帧会从VM Stack虚拟机栈中弹出。

在活动线程中， 只有位于栈顶的帧才是有效的， 称为当前活动栈帧，代表正在执行的当前方法。
操在JVM执行引擎运行时， 所有指令都只能针对当前活动栈帧进行操作。虚拟机栈通过 pop和 push的方式，对每个方法对应的活动栈帧进行运算处理，方法正常执行结束，肯定会跳转到另一个栈帧上。

• 异常情况

Java 虚拟机栈会出现两种错误：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。

• StackOverFlowError： 当线程请求栈的深度超过 JVM虚拟机栈的最大深度的时候，就抛出 StackOverFlowError 错误。
• OutOfMemoryError： JVM的内存大小可以动态扩展， 如果虚拟机在动态扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

四、本地方法栈（Native Method Stack） 

native关键字修饰的本地方法被执行的时候，在本地方法栈中也会创建一个栈帧，用于存放该native本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。方法执行完毕后，相应的栈帧也会出栈并释放内存空间。

• 异常情况

也会出现 StackOverFlowError和 OutOfMemoryError两种错误。 

五、堆（Heap） 

堆的作用是存放对象实例和数组。

从结构上来分，可以分为新生代和老年代。而新生代又可以分为Eden 空间、From Survivor 空间（s0）、To Survivor 空间（s1）。 所有新生成的对象首先都是放在新生代的。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来的对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到老年代的只有从第一个Survivor区过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。

(1)新生代和老年代

 

(2)创建对象的内存分配

创建一个新对象，在堆中的分配内存。

大部分情况下，对象会在 Eden 区生成，当 Eden 区装填满的时候，会触发 Young Garbage Collection，即 YGC垃圾回收的时候，在 Eden 区实现清除策略，没有被引用的对象则直接回收。

依然存活的对象会被移送到 Survivor 区。Survivor 区分为 s0 和 s1 两块内存区域。每次 YGC的时候，它们将存活的对象复制到未使用的Survivor 空间（s0 或 s1），然后将当前正在使用的空间完全清除，交换两块空间的使用状态。每次交换时，对象的年龄会加+1。

如果 YGC 要移送的对象大于 Survivor 区容量的上限，则直接移交给老年代。一个对象也不可能永远呆在新生代，在 JVM 中 一个对象从新生代晋升到老年代的阈值默认值是 15，可以在 Survivor区交换 14 次之后，晋升至老年代。

• 异常情况

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError 异常

堆区最容易出现的就是 OutOfMemoryError错误，这种错误的表现形式会有以下两种：

1. OutOfMemoryError: GC Overhead Limit Exceeded ： 当 JVM花太多时间执行垃圾回收，并且只能回收很少的堆空间时，就会发生此错误。
2. OutOfMemoryError: Java heap space：假如在创建新的对象时, 堆内存中的空间不足以存放新创建的对象, 就会引发此错误。

六、元空间（Meta Space）

 用于存放类信息、常量、静态变量、JIT即时编译器编译后的机器代码等数据等。例如：java.lang.Object类的元信息、Integer.MAX_VALUE常量等。

七、字符串常量池 

（1）String的两种创建方式

• 第一种方式是在常量池中获取字符串对象；
• 第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的字符串对象；

（2）String的intern()方法

• 检查指定字符串在常量池中是否存在？如果存在，则返回地址，如果不存在，则在常量池中创建