【JVM】JVM的内存结构是怎样的？

JVM的内存结构是Java程序运行时内存管理的核心，不同区域有明确的职责。

一、整体划分

包括两大部分，分为线程私有区域(随线程创建/销毁，无需垃圾回收)和线程共享区域(所有线程共用，需要垃圾回收管理)。

• 线程私有区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。 支撑线程独立执行（如方法调用、指令跟踪）
• 线程共享区域：堆、方法区(元空间)。 存储对象实例、类信息等全局数据，是内存管理的核心区域。

二、各区域详解：

1.程序计数器（Program Counter Register）：

• 线程私有： 每个线程都有独立的程序计数器，互不干扰。
• 作用：记录当当前线程 “下一条要执行的 JVM 字节码指令的地址”，为线程提供执行路标，确保线程在切换(如CPU调度被中断)后能够恢复到正确的执行位置。

若执行的是 Java 方法，计数器存储下一条要执行的字节码指令的地址；
若执行的是 Native 方法（本地方法，如 C/C++ 实现），计数器值为undefined。 因为Native方法的执行由操作系统控制，而非JVM，无需JVM记录指令地址。

特点：
1.内存空间极小，几乎不占用资源。
2.是JVM中唯一不会发生OutOfMemoryError（OOM） 的区域。
3.本质是线程执行的路标，确保线程切换(如CPU调度)后能恢复到正确执行的位置。

2.虚拟机栈：

• 线程私有：每个线程创建时，会分配一个虚拟机栈，生命周期与线程一致。
• 作用：记录方法调用的执行状态，每个方法调用时，会创建一个栈帧，栈帧入栈；方法执行完毕，栈帧出栈。
• 栈帧包含的内容：
  1.局部变量表： 存储方法内的局部变量（如基本类型、对象引用），容量在编译期确定；
  2.操作数栈：方法执行时的临时数据存储区（如计算a+b时，先将a和b入栈，再执行加法）；
  3.动态链接：指向方法区中该方法的符号引用（运行时转换为直接引用）；
  4.返回地址：方法执行完后，回到调用者的位置（如main方法调用func()，func()执行完需回到main的下一行）。

可能的异常：
1.StackOverflowError：线程请求的栈深度超过虚拟机允许的最大深度（如递归调用无终止条件）；
2.OutOfMemoryError：虚拟机栈可动态扩展时，扩展失败（如创建过多线程，栈内存总需求超过系统内存）。

3.本地方法栈：

• 线程私有：与虚拟机栈功能类似，但专门为 Native 方法（非 Java 实现的方法）服务。
• 特点：
  可能抛出StackOverflowError（栈深度超限）和OutOfMemoryError（内存不足），与虚拟机栈一致。

4.堆：

• 线程共享：JVM中内存占比最大的区域，几乎所有对象实例(包括数组)都在这里分配内存。
• 作用：存储对象实例，是**垃圾回收(GC)**的主要工作区域。
• 结构划分：
  堆空间通常按照对象“存活时间”划分为以下区域：
  • 新生代：存放新创建的对象，分为：
    • Eden区(伊甸园)：新对象优先分配到这里。
    • Survivor 区（幸存者区）：分为 From 和 To 两个大小相等的区域，用于存放 Eden 区回收后存活的对象（每次 GC 后，存活对象在 From 和 To 之间转移，经过多次存活后进入老年代）。
  • 老年代：存放存活时间长的对象(如经过多次年轻代 GC 仍存活的对象）。

特点：
1.堆的大小可通过**-Xms（初始堆大小）和-Xmx（最大堆大小）参数配置（尽可能两者设为一致，避免动态扩展消耗性能）；
2.是OOM 最常见的区域**（如创建对象过多且无法被 GC 回收，堆空间耗尽时抛出java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space）。

5.方法区：

• 线程共享：存储已被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器（JIT）编译后的代码等数据。
• 历史演进：
  • JDK 7 及之前：方法区的实现称为 “永久代（PermGen）”，属于堆的一部分，大小固定（易 OOM）；
  • JDK 8 及之后：永久代被元空间（Metaspace） 取代，元空间不再使用堆内存，而是直接使用本地内存（Native Memory），大小受系统内存限制（更灵活）。
• 运行时常量池：
  是方法区的一部分，存放编译期生成的符号引用和字面量（如字符串常量"abc"）。

三、各区域的协作关系：

Java 程序运行时，内存流转大致如下：
1.类加载器将类信息加载到方法区（元空间）；
2.主线程启动，创建虚拟机栈，main方法的栈帧入栈；
3.执行new Object()时，在堆中创建对象实例，栈帧的局部变量表存储该对象的引用（地址）；
4.程序计数器记录当前执行的字节码指令地址，确保线程切换后能继续执行；
5.方法执行完毕，栈帧出栈；对象不再被引用时，由 GC 在堆中回收。