Java学习第七十七部分——JVM运行时数据区
目录
一、前言提要概述
二、核心组件概览
三、详细组件说明
四、内存区域关系图
五、堆内存详细结构——分代模型
五、异常情况示例
六、总结分析
一、前言提要概述
Java 虚拟机（JVM）在运行 Java 程序时，会将内存划分为多个逻辑区域，每个区域有特定的职责。
二、核心组件概览
JVM 运行时数据区主要分为线程私有区和 线程共享区。
| 区域类型 | 组成部分 | 线程安全 | 异常类型 | 作用描述 |
|---|---|---|---|---|
| 线程私有区 | 程序计数器（PC） | 线程私有 | 无 | 记录当前线程执行的字节码位置 |
| 虚拟机栈（JVM Stack） | 线程私有 | StackOverflowErrorOutOfMemoryError | 存储方法调用的栈帧 | |
| 本地方法栈（Native Stack） | 线程私有 | StackOverflowErrorOutOfMemoryError | 支持 Native 方法调用 | |
| 线程共享区 | 堆（Heap） | 线程共享 | OutOfMemoryError | 存储所有对象实例和数组 |
| 方法区（Method Area） | 线程共享 | OutOfMemoryError | 存储类信息、常量池、静态变量等 | |
| 运行时常量池（Runtime Constant Pool） | 线程共享 | OutOfMemoryError | 存储字面量和符号引用 |
三、详细组件说明
1. 程序计数器（Program Counter Register）
- **作用**：记录当前线程正在执行的字节码指令地址（分支、循环、跳转等）。
- **特性**：
- 唯一不会发生 `OutOfMemoryError` 的区域。
- 线程私有（每个线程独立存储执行位置）。
- **示例**：若线程执行 `add` 指令，PC 指向该指令的内存地址。
2. 虚拟机栈（JVM Stack）
- **作用**：存储方法调用的栈帧（Stack Frame），每个方法对应一个栈帧。
- **栈帧结构**：
- **局部变量表**：存放方法参数和局部变量（基本类型、对象引用）。
- **操作数栈**：执行字节码指令的工作区（如加减乘除）。
- **动态链接**：指向运行时常量池的方法引用。
- **返回地址**：方法退出后恢复执行的地址。
- **异常**：
- `StackOverflowError`：栈深度超过限制（如无限递归）。
- `OutOfMemoryError`：栈扩展失败（如线程过多）。
3. 本地方法栈（Native Method Stack）
- **作用**：支持 Native 方法（如 C/C++ 实现）的调用。
- **特性**：与虚拟机栈类似，但服务于 JNI（Java Native Interface）。
- **异常**：同虚拟机栈（`StackOverflowError`/`OutOfMemoryError`）。
4. 堆（Heap）
- **作用**：存储所有对象实例和数组（`new` 关键字创建的对象）。
- **内存管理**：
- 由垃圾回收器（GC）自动管理。
- 分为 **新生代**（Young）和 **老年代**（Old）：
- **新生代**：Eden + Survivor（S0, S1），新对象在此分配。
- **老年代**：长期存活的对象（经过多次 GC 后存活）。
- **异常**：`OutOfMemoryError`（堆空间不足）。
5. 方法区（Method Area）
- **作用**：存储类元数据（类名、方法、字段）、运行时常量池、静态变量、JIT 编译后的代码。
- **实现演变**：
- **JDK 1.7 前**：永久代（PermGen），位于堆中。
- **JDK 1.8+**：元空间（Metaspace），使用本地内存（不再受 JVM 堆限制）。
- **异常**：`OutOfMemoryError`（元空间耗尽）。
6. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）
- **作用**：存储类文件中的常量池表（字面量、符号引用）。
- **特性**：
- 支持动态性（如 `String.intern()` 动态添加常量）。
- 是方法区的一部分。
四、内存区域关系图
五、堆内存详细结构——分代模型
对象分配流程：
1. 新对象分配在Eden区。
2. Eden 满时触发Minor GC：
- 存活对象复制到Survivor（S0/S1）。
- 年龄计数器 +1（每熬过一次 GC）。
3. 年龄达到阈值（默认 15）的对象进入老年代。
4. 老年代满时触发Full GC（速度慢，影响性能）。
五、异常情况示例
1. `StackOverflowError`
void infiniteRecursion() {infiniteRecursion(); // 无限递归，耗尽虚拟机栈}2. `OutOfMemoryError`
- **堆溢出**：创建大量对象（如 `new byte[1024 * 1024]`）。
- **元空间溢出**：动态生成大量类（如 CGLib 代理）。
六、总结分析
| 区域 | 存储内容 | 生命周期 | 垃圾回收 |
|---|---|---|---|
| 程序计数器 | 字节码指令地址 | 线程生命周期 | ❌ |
| 虚拟机栈 | 栈帧（局部变量/操作数） | 方法调用周期 | ❌ |
| 堆 | 对象实例、数组 | 对象存活周期 | ✅ |
| 方法区 | 类元数据、常量池 | JVM 运行周期 | ✅（卸载类） |
ps：JDK 1.8 后方法区由元空间（Metaspace）实现，直接使用本地内存，默认无上限（需监控避免耗尽系统内存）。