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JVM 简单内存结构及例子

news 来源：原创 2025/5/26 12:06:51

Java虚拟机（JVM）内存结构是Java程序运行时内存分配和管理的方式。JVM内存结构通常分为以下几个主要部分：
方法区（Method Area）：
存储类信息、常量、静态变量以及即时编译后的代码等数据。
这部分内存在JVM启动时创建，并且其大小在JVM终止时销毁。
堆（Heap）：
存储所有的对象实例和数组。
堆内存被划分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
年轻代进一步划分为Eden Space（伊甸园）和Survivor Space（幸存者空间）。
老年代通常包含大对象和长期存活的对象。

堆内存结构的详细说明：
年轻代（Young Generation）：
年轻代是堆的一部分，用于存储新创建的对象。这些对象通常生命周期较短，因此年轻代的垃圾回收（GC）非常频繁。
年轻代通常分为三个区域：Eden Space（伊甸园）、【Survivor Space（幸存者空间）和To Space（过渡空间）—（也可说幸存者0区与幸存者1区）】。
新创建的对象首先存放在Eden Space。当Eden Space满时，会触发Minor GC（垃圾回收），存活下来的对象会被移动到Survivor Space。
在下一次Minor GC时，Survivor Space中存活的对象会被移动到To Space，而To Space中的对象则会被移动到Survivor Space，Eden Space则被清空并用于新一轮的对象分配。
老年代（Old Generation）：
老年代用于存储生命周期较长的对象，即在年轻代中经过多次垃圾回收后仍然存活的对象。
老年代的垃圾回收不如年轻代频繁，因为老年代的对象通常较为稳定，垃圾回收的频率和范围较大，通常称为Major GC或Full GC。
永久代（Permanent Generation）：
永久代用于存储类加载器加载的类信息、常量池、静态变量等。
永久代的大小固定，且在JVM运行期间不会改变，垃圾回收不会回收永久代中的对象。

栈（Stack）：
每个线程拥有自己的栈，用于存储局部变量、操作数栈、方法调用和返回地址。
栈内存随着方法调用分配，随着方法执行结束而回收。
本地方法栈（Native Method Stack）：
为JVM使用到本地方法接口（JNI）的本地方法调用提供空间。
程序计数器（PC Registers）：
每个线程有自己的程序计数器，用于存储指向下一个将要执行的指令的地址。
直接内存分配堆（Direct Memory）：
JVM可以通过ByteBuffer.allocateDirect()方法直接在堆外内存分配内存，用于NIO操作，以减少内存拷贝。
内存结构举例
假设我们创建了一个Person类的对象并将其引用存储在一个名为personRef的引用变量中：

public class Person {
    private String name;
    // 构造函数、getter和setter等
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.name = "John Doe";
        String personRef = person.toString(); // 假设toString()返回对象的字符串表示
    }
}

在这个例子中：

Person类的.class文件被加载到方法区。
person对象被创建在堆内存中。
personRef字符串引用存储在栈内存中。
如果Person对象在方法执行过程中不再被引用，它将被标记为垃圾回收的候选，最终可能被垃圾收集器回收。

堆信息：
Person类的信息（类元数据）存储在永久代中。
person对象实例存储在堆的年轻代中。
person.name字符串常量存储在永久代中。
引用变量person存储在栈内存中。

对象和引用存储
对象：存储在堆内存中，包括实例变量和数组。
引用：存储在栈内存中，指向堆内存中的对象。
JVM内存管理是自动的，开发者通常不需要手动管理对象的创建和销毁，但理解内存结构有助于优化程序性能和减少内存泄漏的风险。

方法区和永久代的区分

在Java虚拟机（JVM）中，方法区（Method Area）和永久代（Permanent Generation）确实都存储类的信息、常量和静态变量，但它们在JVM中扮演着不同的角色，并且有不同的生命周期和用途。

方法区（Method Area）

方法区主要用于存储以下内容：

类信息：包括类的版本、访问修饰符、类名称、父类名称、接口等。
字段信息：类中定义的字段的名称、类型、修饰符等。
方法信息：类中定义的方法的名称、返回类型、参数类型、修饰符等。
常量池：存储编译期间生成的各种字面量，如字符串常量、final修饰的类字段等。
静态变量：类的静态变量（static变量）在方法区中分配内存。

方法区是JVM启动时创建的，其大小在启动时确定，并且在JVM终止时销毁。方法区中的内容在类加载时被加载，并且随着类的卸载而消失。

永久代（Permanent Generation）

永久代主要用于存储以下内容：

类信息：类的元数据，如类的全限定名、类的直接父类、类的接口等。
常量池：存储字符串字面量、数字常量等，这些常量在编译时确定，并在JVM的整个生命周期中保持不变。
静态变量：类的静态变量（static变量）在永久代中分配内存，它们的生命周期与JVM相同。

永久代的大小是固定的，通常不会进行垃圾回收。永久代中的内容在整个JVM的生命周期中都存在，除非类被卸载。

区别

尽管方法区和永久代都存储类信息、常量和静态变量，但它们有以下主要区别：

生命周期：方法区的生命周期较短，随着类的卸载而消失；永久代的生命周期较长，与JVM的生命周期相同。
存储内容：方法区存储类的详细信息和运行时数据；永久代主要存储类元数据、常量池和静态变量。
垃圾回收：方法区的内容在类卸载时被回收；永久代的内容通常不参与垃圾回收。

示例

假设我们有一个简单的Java类：

public class MyClass {
    public static final String CONSTANT = "Hello, World!";
    public static void printConstant() {
       System.out.println(CONSTANT);
   }
}