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JVM-内存结构

news 2025/8/13 13:02:49

1. 程序计数器 (Program Counter Register)

核心作用：
→ 记录当前线程执行的字节码指令地址（行号指示器）
→ 线程切换后恢复执行的依据
关键特性：
✅ 线程私有（每个线程独立）
✅ 唯一无 OutOfMemoryError 的区域
✅ 执行Native方法时值为 undefined
内存占用：
极小的固定空间（通常可忽略）

2. 虚拟机栈 (Java Virtual Machine Stack)

核心作用：
→ 存储方法调用的栈帧（Stack Frame）
→ 栈帧包含四个部分：

组成部分	功能
局部变量表	存储方法参数和局部变量（含对象引用`reference`）
操作数栈	存放计算过程中的临时数据（如算术运算中间值）
动态链接	指向运行时常量池的方法引用（支持运行时绑定）
方法返回地址	记录方法结束后回到调用位置（正常返回/异常退出）

关键特性：
✅ 线程私有（栈深度默认1MB）
❗ 抛出 StackOverflowError（如无限递归）
❗ 抛出 OutOfMemoryError（扩展栈空间失败）

3. 本地方法栈 (Native Method Stack)

核心作用：
→ 为Native方法（C/C++实现）提供栈空间
→ 存储本地方法的调用信息
关键特性：
✅ 线程私有
⚠️ HotSpot 虚拟机中将虚拟机栈与本地方法栈合并实现
❗ 抛出 StackOverflowError/OutOfMemoryError

4. 堆 (Heap)

核心作用：
→ 存储所有对象实例和数组
内存分区：
- 新生代：新对象分配区（默认占堆1/3）
- 老年代：长期存活对象区（默认占堆2/3）
关键特性：
✅ 线程共享（所有线程共享对象访问）
❗ 垃圾回收（GC）主要战场
❗ 抛出 OutOfMemoryError: Java heap space（对象无法分配）

5. 方法区 (Method Area)

核心作用：
→ 存储 类信息（字段/方法名）、运行时常量池、静态变量、JIT编译后代码
演进历史：

JDK版本 实现位置参数
≤JDK7 永久代堆内存中 -XX:PermSize/MaxPermSize
≥JDK8 元空间 本地内存 -XX:MetaspaceSize
关键特性：
✅ 线程共享
❗ 抛出 OutOfMemoryError: Metaspace（类元数据过多）
✅ 运行时常量池是方法区的核心部分

JDK版本	实现	位置	参数
≤JDK7	永久代	堆内存中	`-XX:PermSize`/`MaxPermSize`
≥JDK8	元空间	本地内存	`-XX:MetaspaceSize`

常量池体系详解

常量池分为三级结构，关系如下：

1. Class 文件常量池 (Constant Pool)

位置：.class文件中的固定结构
内容：
✅ 字面量：字符串、数值等显式常量
```
String s = "fly";  // "fly" 即字面量
```
✅ 符号引用：
→ 类/接口的全限定名（如java/lang/Object）
→ 字段名和描述符（如Ljava/lang/String;）
→ 方法名和描述符（如()V）
特点：
→ 编译期生成
→ 静态存储（不依赖运行时）

2. 运行时常量池 (Runtime Constant Pool)

位置：方法区的一部分（JDK8+在元空间）
生成过程：
→ 类加载时，将Class文件常量池加载到内存
→ 符号引用 → 解析为 直接引用（指向方法/字段的内存地址）
动态性：
✅ 支持运行时添加常量（如String.intern()）
✅ 存储内容：
→ 类/方法解析后的直接引用
→ 数值/字符串等基本常量

3. 字符串常量池 (String Table)

位置演变：

JDK版本 位置原因
JDK6 方法区 受永久代大小限制，易OOM
JDK7+ 堆内存 允许GC回收，避免OOM；调优更灵活

JDK版本	位置	原因
JDK6	方法区	受永久代大小限制，易OOM
JDK7+	堆内存	允许GC回收，避免OOM；调优更灵活

核心机制：

// 示例1：直接赋值（优先使用常量池）
String s1 = "fly";                // 在常量池创建对象
String s2 = "fly";                // 复用常量池对象（s1 == s2）// 示例2：new创建（堆中新对象）
String s3 = new String("fly");    // 堆中创建新对象（s1 ≠ s3）// 示例3：intern主动入池
String s4 = s3.intern();          // 返回常量池引用（s1 == s4）

设计优势：
✅ 避免重复创建：相同字符串共享内存
✅ GC可回收：JDK7+后可被垃圾回收

常量池对比总结

特性	Class文件常量池	运行时常量池	字符串常量池
存在阶段	编译期（.class文件）	运行期（方法区/元空间）	运行期（堆）
是否可动态添加	❌	✅（intern等）	✅（intern强制入池）
内容	字面量+符号引用	直接引用+运行时添加的常量	唯一字符串的引用
内存回收	不支持	JDK8+由元空间管理	JDK7+支持GC回收
OOM风险	无	元空间溢出	堆内存溢出