JVM 内存模型

内存模型

1. 虚拟机栈 VM Stack

线程私有，生命周期与线程相同。VM Stack是描述Java方法执行的内存模型：每个方法执行的时候会同时创建一个栈帧（Stack Frame），用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址、方法出口等信息。

• 局部变量表：用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。虚拟机是使用局部变量表完成参数值到参数变量表的传递过程。
• 操作数栈：虚拟机把操作数栈作为它的工作区。（类似于寄存器，用于存储指令操作需要的数据。）
• 动态连接：『符号引用』是每个方法的『间接引用』，『符号引用』指向方法的内存位置，调用方法前需要把『符号引用』转换为『直接引用』。
  如果在类加载阶段或者第一次调用时，把『符号引用』转为『直接引用』，称为『静态解析』。
  如果在运行期间转为『直接引用』，称为『动态连接』。
• 返回地址：退出方法时要返回的位置。

栈的异常

• StackOverflowError：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverFlowError。如无限递归调用当前方法。
• OutOfMemoryError：如果VM Stack可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时，将抛出OutOfMemoryError。

2. 本地方法栈 Native Method Stack

跟VM Stack很像，但是VM Stack为执行Java方法服务，Native Method Stack为执行Native方法服务。在Sun HotSpot虚拟中，把VM Stack和Native Method Stack合二为一。

3. 堆 Heap

JVM内存管理最大的一块。被Java线程共享的内存区域。
唯一功能就是存放对象实例。
堆是垃圾回收器管理的主要区域，也被称为『GC堆』。

根据垃圾回收分代收集算法，Heap分为新生代和老年代。

• 新生代：程序创建新对象都从新生代分配内存。新生代分为Eden Space和Survivor Space（进入老年代的中转区）。
• 老年代：经历多次新生代GC（Young GC）仍然存活的对象。

4. 方法区 Method Area

存放class的元数据信息：类名、字段信息、方法信息等 。另外还有类的常量集合：包括实际的常量和对类型、域和方法的符号引用。
简言之，方法区=class信息+运行时常量池。
经常被称为永久代。

方法区的特点：

• 线程安全。由于所有线程都共享方法区，必须是线程安全的（同步的）。
• 大小不固定，也不是连续的，可以在Heap中分配。
• 可以被GC，当某个类不再使用时，JVM将卸载这个类，并进行GC。

可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小。

5. 程序计数器

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。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

总结

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内存分配过程

1. JVM 会试图为相关Java对象在Eden Space中初始化一块内存区域。
2. 当Eden空间足够时，内存申请结束；否则到下一步。
3. JVM 试图释放在Eden中所有不活跃的对象（这属于1或更高级的垃圾回收）。释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区。
4. Survivor区被用来作为Eden及Old的中间交换区域，当Old区空间足够时，Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区。
5. 当Old区空间不够时，JVM 会在Old区进行完全的垃圾收集（0级）。
6. 完全垃圾收集后，若Survivor及Old区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域，则出现“outofmemory”错误。

对象内存访问

即使是最简单的访问，也会却涉及Java 栈、Java 堆、方法区这三个最重要内存区域之间的关联关系，如下面的这句代码：

Object obj = newObject();

• VM Stack：“Object obj”这部分的语义将会反映到VM Stack的本地变量表中，作为一个reference 类型数据出现。
• Heap：而“new Object()”这部分的语义将会反映到Java 堆中，形成一块存储了Object 类型所有实例数据值（Instance Data，对象中各个实例字段的数据）的结构化内存，根据具体类型以及虚拟机实现的对象内存布局（Object Memory Layout）的不同，这块内存的长度是不固定的。
• 方法区：另外，在Java 堆中还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型、父类、实现的接口、方法等）的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。