JVM 内存模型

运行时数据区

程序计数器

• 作用：记录当前线程执行的字节码行号
• 特点：
  • 线程私有
  • 唯一不会发生 OOM 的区域
  • 执行 Native 方法时为空

虚拟机栈

每个方法执行时创建一个栈帧（Stack Frame）。

栈帧结构

局部变量表

存储方法参数和局部变量，以 Slot 为单位。

public void method(int a, long b) {
    int c = 10;
    Object obj = new Object();
}
// Slot 分配：
// Slot 0: this（实例方法）
// Slot 1: a (int, 1个Slot)
// Slot 2-3: b (long, 2个Slot)
// Slot 4: c (int, 1个Slot)
// Slot 5: obj (reference, 1个Slot)

操作数栈

执行字节码指令时的工作区。

int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;

// 字节码执行过程：
// iconst_1    -> 操作数栈: [1]
// istore_1    -> 操作数栈: [], 局部变量表: a=1
// iconst_2    -> 操作数栈: [2]
// istore_2    -> 操作数栈: [], 局部变量表: a=1, b=2
// iload_1     -> 操作数栈: [1]
// iload_2     -> 操作数栈: [1, 2]
// iadd        -> 操作数栈: [3]
// istore_3    -> 操作数栈: [], 局部变量表: a=1, b=2, c=3

栈溢出

// StackOverflowError：栈深度超过限制
public void recursion() {
    recursion(); // 无限递归
}

// 调整栈大小：-Xss256k

本地方法栈

为 Native 方法服务，与虚拟机栈类似。

堆

存储对象实例，是 GC 的主要区域。

堆内存结构

内存分配

新生代 : 老年代 = 1 : 2（默认）
Eden : S0 : S1 = 8 : 1 : 1（默认）

对象分配流程

堆内存参数

-Xms512m      # 初始堆大小
-Xmx1024m     # 最大堆大小
-Xmn256m      # 新生代大小
-XX:SurvivorRatio=8           # Eden:Survivor 比例
-XX:NewRatio=2                # 新生代:老年代 比例
-XX:MaxTenuringThreshold=15   # 晋升老年代的年龄阈值

方法区

存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。

演变历史

JDK 版本	实现方式
JDK 7 及之前	永久代（PermGen）
JDK 8 及之后	元空间（Metaspace）

永久代 vs 元空间

特性	永久代	元空间
存储位置	JVM 内存	本地内存
大小限制	固定大小	默认无上限
GC	Full GC 时回收	达到阈值时回收
OOM	PermGen space	Metaspace

元空间参数

-XX:MetaspaceSize=128m        # 初始大小
-XX:MaxMetaspaceSize=256m     # 最大大小

运行时常量池

方法区的一部分，存储编译期生成的字面量和符号引用。

字符串常量池

String s1 = "hello";           // 常量池
String s2 = "hello";           // 常量池（同一个）
String s3 = new String("hello"); // 堆
String s4 = s3.intern();       // 常量池

System.out.println(s1 == s2);  // true
System.out.println(s1 == s3);  // false
System.out.println(s1 == s4);  // true

字符串常量池位置

JDK 版本	位置
JDK 6	永久代
JDK 7+	堆

直接内存

不属于 JVM 运行时数据区，但被频繁使用。

// NIO 使用直接内存
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

// 参数设置
// -XX:MaxDirectMemorySize=256m

对象的创建过程

内存分配方式

方式	说明	适用场景
指针碰撞	移动指针分配连续内存	内存规整（Serial、ParNew）
空闲列表	从列表中找到足够大的空间	内存不规整（CMS）

线程安全问题

• CAS + 失败重试：保证原子性
• TLAB：每个线程预先分配一块内存

-XX:+UseTLAB              # 启用 TLAB（默认开启）
-XX:TLABSize=512k         # TLAB 大小

对象的内存布局

+------------------+
|    对象头        |  Mark Word + 类型指针
+------------------+
|    实例数据      |  字段内容
+------------------+
|    对齐填充      |  保证 8 字节对齐
+------------------+

Mark Word（64位）

锁状态	内容
无锁	hashCode、GC 年龄、偏向锁标志
偏向锁	线程 ID、Epoch、GC 年龄
轻量级锁	指向栈中锁记录的指针
重量级锁	指向 Monitor 的指针
GC 标记	空

对象的访问定位

句柄访问

栈 -> 句柄池 -> 对象实例数据
           -> 对象类型数据

直接指针（HotSpot 使用）

栈 -> 对象实例数据 -> 对象类型数据

方式	优点	缺点
句柄	对象移动时只需修改句柄	多一次间接访问
直接指针	访问速度快	对象移动时需修改引用