Java中JVM内存结构(完整)

1. 程序计数器（PC寄存器）

• 作用：记录每个线程当前执行的字节码指令的地址。
• 特点：
  • 独立性：每个线程都有自己的程序计数器，彼此独立，不会相互影响。
  • 线程切换：线程执行时，程序计数器记录当前字节码指令地址；当线程切换时，通过程序计数器恢复原来的执行位置。
  • 内存管理：不会发生 OutOfMemoryError（内存溢出），因为程序计数器占用的内存很小。

2. Java 虚拟机栈

• 作用：管理方法执行过程中创建的栈帧，存储局部变量、操作数栈、动态链接和方法返回地址。
• 特点：
  • 栈帧（Stack Frame）：每个方法在调用时会创建一个栈帧，它是虚拟机栈的基本数据单元。栈帧会随着方法的调用和返回进出虚拟机栈。
  • 局部变量表：用于存储方法内部的变量，包括基本数据类型（如 int、long）和对象引用。空间大小在编译期间已确定。
  • 操作数栈：执行方法中的指令时用于保存中间结果，从局部变量表中加载数据，执行计算和操作等。
  • 动态链接：用于支持方法调用，包括解析运行时方法的具体地址。
  • 方法返回地址：保存方法执行完后返回的位置，便于上层调用方法继续执行。
• 异常：
  • StackOverflowError：当栈的深度超过虚拟机所允许的最大值。
  • OutOfMemoryError：当栈需要的内存超出系统可用的内存。

3. 本地方法栈

• 作用：专门用于执行本地方法（native），与虚拟机栈功能类似，但它支持使用非 Java 语言编写的代码（例如 C/C++）。
• 特点：
  • 线程独立：本地方法栈也是每个线程私有的，与虚拟机栈类似，执行本地方法时会创建本地栈帧。
  • JNI（Java Native Interface）：通过 JNI 技术，Java 方法可以调用本地方法以提高性能或访问底层系统资源。
  • 存储内容：本地方法栈中存储非 Java 代码执行的状态、调用的参数和返回结果。
• 异常：
  • StackOverflowError：栈溢出。
  • OutOfMemoryError：系统内存不足时出现的错误。

4. 堆（Heap）

• 作用：用于存储所有线程共享的对象实例和数组，是 Java 内存中最大的区域。
• 特点：
  • 线程共享：堆是各线程共享的内存区域，存放所有对象实例和数组。
  • 垃圾回收：堆是垃圾回收的主要管理区域，未被引用的对象会被 GC 回收。
  • 分代结构：
    • 年轻代（Young Generation）：存放新生成的对象，GC频繁。包括：
      • Eden区：绝大多数新生对象先进入 Eden 区。
      • Survivor区：包括 From Survivor 和 To Survivor 两个小区域，Eden 区中存活下来的对象会被转移到 Survivor 区。
    • 老年代（Old Generation）：存放生命周期长的对象。当对象在年轻代多次 GC 后依然存活，则会被移入老年代。
    • 永久代（或元空间 Metaspace）：
      • 永久代（JDK 7 及之前）：存放类元数据，如类信息、常量等。
      • 元空间（JDK 8 及之后）：与永久代功能相似，但使用的是系统内存而非堆内存。
• 异常：
  • OutOfMemoryError：当堆中没有足够的空间分配新对象时会抛出。

5. 方法区

• 作用：存储已加载的类信息、常量池、静态变量、即时编译器（JIT）编译后的代码等。
• 特点：
  • 运行时常量池：用于存储编译期生成的字面量和符号引用。类加载后，常量池中的内容会被动态解析为内存地址。
  • 类信息：存放类元数据，包括类名、方法、字段等信息，便于类加载后能直接访问其结构。
  • JIT编译后的代码：即时编译器编译后的方法字节码，能提高性能。
  • 元空间（JDK 8 引入）：元空间与方法区的功能相似，但元空间使用的是系统内存，而非堆内存。
• 异常：
  • OutOfMemoryError：在大量动态生成类或大量使用静态变量时，方法区内存不足可能会导致 OutOfMemoryError。

总结

完整的 JVM 内存结构分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆和方法区。各区域协作，管理 Java 程序的执行过程、对象生命周期和方法调用等，确保 JVM 的高效和稳定运行。