JVM 内存结构
Java 虚拟机的内存空间分为 5 个部分:
- 程序计数器
- Java 虚拟机栈
- 本地方法栈
- 堆
- 方法区
JDK 1.8 同 JDK 1.7 比,最大的差别就是:元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类似,都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于:元数据空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。

1 程序计数器(PC寄存器)
1.1 程序计数器定义
程序计数器是一块较小的内存空间,存储当前线程正在执行的字节码指令的地址。若当前线程正在执行一个本地方法,那么此时程序计数器为 Undefined。
1.2 程序计数器的作用
- 流程控制 - 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制。
- 多线程切换时状态保留 - 在多线程情况下,程序计数器记录的是当前线程执行的位置,从而当线程切换回来时,就知道上次线程执行到哪了。
1.3 程序计数器的特点
- 较小的内存空间
- 线程私有,每条线程都有自己的程序计数器
- 生命周期:随着线程的创建而创建,随着线程的结束而销毁
- 是唯一一个不会出现
OutOfMemoryError的内存区域
2 Java 虚拟机栈(Java 栈)
2.1 Java 虚拟机栈的定义
Java 虚拟机栈是描述 Java 方法运行过程的内存模型。
Java 虚拟机栈会为每一个即将运行的 Java 方法创建一个叫做“栈帧”的区域,用于存放该方法运行过程中的一些信息,如:
- 局部变量表
- 操作数栈
- 动态链接
- 方法出口信息
- …

2.2 压栈出栈过程
当方法运行过程中需要创建局部变量时,就将局部变量的值存入栈帧中的局部变量表中。
Java 虚拟机栈的栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈,也就是当前正在执行的方法, PC 寄存器也会指向这个地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作栈使用,当在这个栈帧中调用另外一个方法,与之对应的栈帧又会被创建,新创建的栈帧压入栈顶,变为当前的活动栈帧。
方法结束后,当前栈帧被移出,栈帧的返回值变成新的活动栈帧中操作数栈的一个操作数。如果没有返回值,那么新的活动栈帧中操作数栈的操作数没有变化。
由于 Java 虚拟机栈是与线程对应的,数据不是线程共享的,因此不用关心数据一致性问题,也不会存在同步锁的问题。
2.3 Java 虚拟机栈的特点
-
局部变量表随着栈帧创建而创建,它的大小在编译时确定,创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中,局部变量表的大小不会发生改变;
-
Java 虚拟机栈会出现两种异常:
StackOverFlowError和OutOfMemoryError。StackOverFlowError:如果 Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展,那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度时,抛出StackOverFlowError。在递归时能够遇到,递归深度超过线程允许的最大深度。OutOfMemoryError:如果Java 虚拟机栈的大小允许动态扩展,当线程请求栈时内容耗,无法再动态扩展时,抛出
OutOfMemoryError异常。
-
Java 虚拟机栈也是线程私有,随着线程的创建而创建,随着线程的结束而销毁。
出现
StackOverFlowError时,内存空间可能还有很多。
3 本地方法栈(C 栈)
3.1 本地方法栈的定义
本地方法栈时为 JVM 运行 Native 方法准备的空间,由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的,所以又叫它 C 栈。它与 Java 虚拟机栈实现的功能类似,只不过本地方法栈描述本地方法运行过程的内存模型。
3.2 栈帧变化过程
本地方法(即将)被执行时,在本地方法栈中会创建一块栈帧,用于存放该方法的局部变量表,操作数栈、动态链接、方法出口信息等。
方法执行结束后,相应的栈帧也会出栈,并释放内存空间。也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。
如果 Java 虚拟机本身不支持 Native 方法,或者本身不依赖于传统栈,那么可以不提供本地方法栈。如果支持本地方法栈,那么这个栈一般挥着线程创建的时候按线程分配。
4 堆
4.1 堆的定义
堆是用来存放对象的内存空间,几乎所有的对象都存储在堆中。
4.2 堆的特点
- 线程共享,整个 Java 虚拟机只有一个堆,所有的线程都访问同一个堆;
- 在虚拟机启动时创建;
- 是垃圾回收的主要场所;
- 可进一步分为:新生代(Eden 区:From Survior,To Survivor)、老年代;
- 堆使用的内存是不连续的;
不同的区域存放不同生命周期的对象,这样可以针对不同区域使用不同的垃圾回收算法,更具针对性。
堆的大小既可以固定也可以扩展,但对于主流的虚拟机,堆的大小都是可扩展的,因此当线程请求分配内存,但堆已满,且内存无法再扩展时,就配出 OutOfMemoryError 异常
由于堆是被所有线程共享的,所以对它的访问需要注意同步问题,方法和对应的属性都需要保持一致性。

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