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JVM之内存结构

news 2025/9/10 9:11:42

1.程序计数器

定义：程序计数器（Program Counter Register）是JVM中一块较小的内存空间。解释器在解释JVM指令为机器码以供CPU执行时，会去程序计数器当中找到jvm指令的执行地址。

作用：记住下一条jvm指令的执行地址

特点：线程私有的、不会存在内存溢出

2.虚拟机栈

什么是虚拟机栈：

每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈。
每个Java方法执行时，Java虚拟机都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。
每个栈由多个栈帧组成，每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法。

3.本地方法栈

什么是本地方法栈：本地方法栈与虚拟机栈的作用相似，当Java虚拟机调用一些本地方法时，需要给本地方法提供的一些内存空间。本地方法是指不是由Java代码编写的一些方法，Java代码可以通过本地方法与操作系统进行交互。

4.堆

什么是堆：堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，Java世界里几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

特点：

因为堆是线程共享的，所以堆中对象都需要考虑线程安全的问题
有垃圾回收机制

5.方法区

5.1 什么是方法区

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

方法区是一种规范，在HotSpot虚拟机中，永久代和元空间是方法区的具体实现，在JDK7时，HotSpot已经将原本放在永久代中的字符串常量池（StringTable）、静态变量等移至Java堆中，到了JDK8，完全放弃了永久代的概念，通过在本地内存中实现的元空间来代替，并把JDK7中永久代还剩余的内容全部移到元空间。也就是说：

在JDK8以前方法区的实现是永久代，永久代存在于堆内存中
在JDK8及JDK8以后方法区的实现是元空间，元空间存在于本地内存中

5.2 方法区的组成

JDK1.6时的JVM内存结构

JDK1.8时的JVM内存结构

5.3 运行时常量池

1.什么是运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本信息、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

2.常量池和运行时常量池的区别

常量池：就是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息

运行时常量池：常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

5.4 StringTable

1.什么是StringTable

一般将StringTable称为串池，用来存储字符串对象，且不允许字符串对象重复，在JDK7及JDK7以前，串池存在于方法区中的运行时常量池里，在JDK8以后，串池存在于堆内存中。

2.StringTable 特性

常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象

利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象

字符串变量拼接的原理是 StringBuilder （1.8）

字符串常量拼接的原理是编译期优化

可以使用 intern 方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池

JDK1.7及以后将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回
JDK1.6及以前将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有会把此对象复制一份，放入串池，会把串池中的对象返回

注意：StringTable受垃圾回收器的管理。也就是说，StringTable中那些长时间没有被引用的字符串常量，是会被垃圾回收器回收的。

6.直接内存

6.1 直接内存概述

1.什么是直接内存

直接内存并不是Java虚拟机内存区域中的一部分。但是这部分内存被频繁地使用，而且也可能导致OutDfMemoryError异常出现。

在 JDK1.4 中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆的 DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

2.作用

常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区

3.优缺点

分配回收成本较高、但读写性能高

6.2 直接内存的分配和回收原理

使用了 Unsafe 对象完成直接内存的分配回收，并且回收需要主动调用 freeMemory 方法。
ByteBuffer 的实现类内部，使用了 Cleaner（虚引用）来监测 ByteBuffer 对象，一旦 ByteBuffer 对象被垃圾回收，那么就会由 ReferenceHandler 线程通过 Cleaner 的 clean 方法调用 freeMemory 来释放直接内存