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JVM 整体架构详解：线程私有与线程共享内存区域划分

news 2025/7/9 12:22:19

Java 虚拟机（JVM）作为 Java 程序运行的基础，其内存模型和线程结构设计直接影响着程序的执行效率和稳定性。本文将从 线程是否共享 的角度出发，对 JVM 的整体内存结构进行清晰分类与简明解析。

一、JVM 内存区域划分概览

根据是否被多个线程共享，JVM 的内存区域可以划分为两类：

类型	区域名称
线程私有	程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈
线程共享	Java 堆、方法区

下面我们分别介绍每个区域的作用和特点。

二、线程私有区域

1. 程序计数器（Program Counter Register）

作用：记录当前线程所执行的字节码指令地址。
特点：
- 每个线程都有独立的程序计数器。
- 占用内存极小，是唯一一个不会发生 OutOfMemoryError 的区域。
- 执行 Java 方法时，记录的是虚拟机字节码指令地址；执行 Native 方法时，值为 undefined。

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

作用：描述 Java 方法执行的线程内存模型，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
特点：
- 每个线程私有，生命周期与线程相同。
- 每调用一个方法就会创建一个栈帧（Stack Frame），压入栈中。
- 可能抛出 StackOverflowError（栈深度过大）或 OutOfMemoryError（无法申请足够内存）。

3. 本地方法栈（Native Method Stack）

作用：为 JVM 使用到的 Native 方法服务。
特点：
- 与 Java 虚拟机栈类似，但服务于本地方法（如 C/C++ 实现的方法）。
- 各虚拟机实现可能不同，HotSpot 中将其与 Java 虚拟机栈合二为一。

三、线程共享区域

1. Java 堆（Heap）

作用：存放对象实例，是垃圾收集器管理的主要区域。
特点：
- 所有线程共享的一块内存区域。
- 几乎所有的对象都在堆上分配内存。
- 可细分为新生代（Eden、Survivor）、老年代等。
- 是 Java 内存管理和性能调优的重点。

2. 方法区（Method Area）

作用：存储已被虚拟机加载的类信息、常量池、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
特点：
- 所有线程共享。
- 在 JDK 8 之前由永久代（PermGen）实现。
- 从 JDK 8 开始，使用元空间（Metaspace）实现，基于本地内存，更加灵活高效。

四、总结图示

JVM 内存结构（按线程视角划分）┌──────────────────────────────┐
│        线程私有区域            │
├──────────────────────────────┤
│ 程序计数器                     │
│ Java 虚拟机栈                │
│ 本地方法栈                     │
└──────────────────────────────┘↑↓
┌──────────────────────────────┐
│        线程共享区域            │
├──────────────────────────────┤
│ Java 堆                      │
│ 方法区（含元空间）             │
└──────────────────────────────┘