JVM内存区域划分

JVM的内存区域划分是Java虚拟机管理内存的核心机制，主要分为以下几个部分，各区域有不同的职责和特性：

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1. 程序计数器（Program Counter Register）

• 作用：记录当前线程执行字节码指令的地址（行号），用于线程切换后恢复执行位置。
• 特点：
  • 线程私有，每个线程独立存储。
  • 唯一不会发生内存溢出（OOM） 的区域。
  • 执行Native方法时，计数器值为空（Undefined）。

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2. Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）

• 作用：描述Java方法执行的内存模型，每个方法调用对应一个栈帧（存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等）。
• 特点：
  • 线程私有，生命周期与线程相同。
  • 局部变量表存放基本类型和对象引用（非对象本身）。
  • 异常：
    • StackOverflowError：栈深度超过限制（如无限递归）。
    • OutOfMemoryError：扩展栈时无法申请足够内存（如线程过多）。

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3. 本地方法栈（Native Method Stack）

• 作用：为Native方法（如C/C++实现的方法）服务。
• 特点：
  • 线程私有，与虚拟机栈类似。
  • 由虚拟机自行决定实现方式（如HotSpot将虚拟机栈与本地方法栈合并）。
  • 同样可能抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。

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4. Java堆（Java Heap）

• 作用：存放对象实例和数组（“几乎”所有对象在此分配内存）。
• 特点：
  • 线程共享，是垃圾回收（GC）的主要区域。
  • 分代管理：
    • 新生代（Young Generation）：Eden区、Survivor区（From/To）。
    • 老年代（Old Generation）：长期存活的对象。
  • 异常：OutOfMemoryError（堆无法扩展时，如内存泄漏或堆大小不足）。
  • 相关参数：-Xmx（最大堆）、-Xms（初始堆）。

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5. 方法区（Method Area）

• 作用：存储类信息（Class元数据）、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等。
• 特点：
  • 线程共享。
  • JDK版本差异：
    • JDK 8之前：称为“永久代”（PermGen），受JVM内存限制。
    • JDK 8及之后：改为元空间（Metaspace），使用本地内存（Native Memory），避免永久代OOM问题。
  • 异常：OutOfMemoryError（如加载过多类或元空间占满本地内存）。
  • 相关参数：-XX:MetaspaceSize（初始元空间大小）。

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6. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

• 作用：存放编译期生成的字面量和符号引用，是方法区的一部分。
• 特点：
  • 动态性：运行期间可将新常量加入池（如String.intern()）。
  • 异常：OutOfMemoryError（常量池占满方法区）。

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7. 直接内存（Direct Memory）

• 作用：NIO通过ByteBuffer.allocateDirect()分配的堆外内存（避免Java堆与Native堆间数据复制）。
• 特点：
  • 不属于JVM管理的内存区域，但可能引发JVM的OOM。
  • 异常：OutOfMemoryError（本地内存不足时）。

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总结图

JVM内存区域
├── 线程私有
│   ├── 程序计数器
│   ├── 虚拟机栈（栈帧）
│   └── 本地方法栈
└── 线程共享
    ├── 堆（对象实例）
    └── 方法区（类信息、常量、静态变量）
        └── 运行时常量池

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常见问题

1. 堆与方法区的区别：堆存对象实例，方法区存类元数据和常量。
2. JDK8方法区的实现：元空间（Metaspace）替代永久代，使用本地内存。
3. 直接内存与堆内存：直接内存通过Native函数分配，读写效率更高（适合频繁IO场景）。

理解这些区域有助于排查内存溢出、性能调优（如调整堆大小、避免内存泄漏）等问题。