【JVM】JVM内存结构

你有没有好奇过，Java 代码运行时，new出来的对象存在哪？方法执行时，方法本身存在哪？方法里的参数、局部变量又存在哪？一个类的元数据信息 —— 比如类的接口、父类、属性、函数，还有代码里的分支、循环、函数调用跳来跳去的，JVM 怎么知道代码执行到哪一行了？这些东西都是怎么存储的？要搞懂这些，就得先了解 JVM 内存结构。

一、JVM内存的核心划分

JVM 内存结构主要划分为这几个核心区域：虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器、堆和方法区。

二、线程私有

线程私有区域指的是每个线程单独拥有一份，互不干扰，随线程创建而生成，随线程销毁而释放，不需要垃圾回收（GC）清理。

1. 虚拟机栈

虚拟机栈本质是一个栈结构（后进先出，LIFO），核心作用是管理方法的执行流程。我们调用任何一个方法时，JVM都会做一件事：创建一个「栈帧」（Stack Frame），并把它压入虚拟机栈；当方法执行完成（正常返回或抛出异常），这个栈帧就会被弹出栈。

比如执行 main() 方法时，先创建 main 栈帧压入栈；main 里调用 add() 方法，再创建 add 栈帧压入栈（此时 add 在栈顶）；add 执行完弹出，回到 main 栈帧，直到 main 执行完弹出，程序结束——这就是方法执行的“后进先出”逻辑。

那方法里的局部变量、入参、出参这些东西存在哪？刚才说了，方法调用会产生栈帧，栈帧里的局部变量表就是用来保存局部变量和方法参数的；栈帧里还有操作数栈，专门用来做算术运算和方法调用的参数传递。栈帧里还有其他信息，但新手知道这两个核心部分就够了。

虚拟机栈需要 GC 吗？不需要！因为方法执行完就自动出栈，栈帧占用的内存也会跟着释放，全程自动管理，不用额外靠 GC 回收。

2. 本地方法栈

本地方法栈也是一个栈结构，所谓“本地方法”，就是用C/C++编写的方法（Java底层很多功能，比如IO操作、线程管理，都是调用本地方法实现的）。当Java代码调用 System.currentTimeMillis() 这种本地方法时，JVM会创建本地方法对应的栈帧，压入本地方法栈；方法执行完弹出，流程和虚拟机栈一样。

3. 程序计数器

程序计数器是JVM里最小的内存区域，核心作用是记录当前线程执行的字节码指令位置。

因为代码里有分支、循环、方法调用，执行时会从这个类跳到另一个类，从这一行跳到那一行，所以需要程序计数器来保存 “即将执行的字节码指令的位置”。

• 执行普通指令时，计数器记录“下一条要执行的字节码指令地址”；
• 调用方法时，计数器记录“当前方法的返回地址”；
• 多线程切换时，计数器会保存当前线程的执行位置——切换回该线程时，就能从上次的位置继续执行，不会乱序。

保存了位置之后，JVM 就知道下一步该执行哪行代码了。

虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器可以线程共享吗

虚拟机栈可以线程共享吗？不行：不同线程可以并发执行，比如 A 线程调用 A 方法，B 线程调用 B 方法，肯定需要不同的虚拟机栈来保存各自正在执行的方法信息；本地方法栈也是同理。
而且不同线程执行的位置肯定不一样，执行到哪一行的进度也不同，所以必须每个线程单独用一个程序计数器记录自己的执行位置 —— 这些区域必须是线程私有的，各线程互不干扰。

三、线程共享

线程共享区域是JVM内存的“大头”，堆和方法区由所有线程共用，也是垃圾回收的主要战场（方法区在JDK1.8后有特殊处理）。

1. 堆

堆是线程共享的核心区域，是JVM中最大的内存区域，作用很明确：几乎所有new出来的对象都会存放在堆里。

那基本类型（比如int、char）放在哪？

• 方法内的基本类型变量（比如 int age = 20）：存在虚拟机栈的「局部变量表」里；
• 基本类型数组（比如 int[] arr = new int[3]）：数组对象本身存在堆里，数组里的元素（arr[0]）也存在堆里；
• 对象的基本类型属性（比如 User 类的 private int age）：随对象一起存在堆里。

为什么基本类型放栈、对象放堆？不能都放一起吗？

这是 JVM 基于性能和使用场景的设计：

1. 大小差异：基本类型（比如int占4字节）体积小，放栈里分配和销毁速度快；对象（比如一个复杂的 Order 对象）体积可能很大，放栈里会导致栈内存溢出；
2. 生命周期差异：基本类型随方法执行而存在，方法结束就销毁；对象可能需要跨方法、跨线程存在（比如一个 User 对象被多个线程调用），堆的生命周期更长，更适合存储；
3. 共享需求：对象需要被多个线程共享，堆是共享区域，只需通过“引用”（栈里的变量指向堆里的对象）就能访问；如果对象放栈里（线程私有），共享时需要深拷贝，效率极低。

所有对象都会放到堆里吗？

其实不一定。有些情况下，JVM 会对对象进行 “栈上分配”：通过 “逃逸分析” 判断对象是否只在当前方法内部使用 （没有作为返回值返回、没有传给其他方法或外部对象），这种 “没有逃逸” 的对象，JVM 会把它拆成基本类型，直接在虚拟机栈上分配，不用占用堆内存。

比如下面的代码，User 对象只在 createUser() 里使用，没有逃逸，就可能被栈上分配：

public void createUser() {User user = new User(); // 没有返回，没有传给其他方法user.setName("张三");
}

2. 方法区

方法区里放的不是方法，而是类的元数据信息

• 类的基本信息：全类名（比如 com.test.User）、父类、实现的接口、访问修饰符；
• 类的结构信息：字段（属性）的名称、类型、访问修饰符；方法的名称、参数列表、返回值类型、方法体字节码；
• 静态变量：被 static 修饰的变量（比如 public static String name = "Java"）；
• 常量池：存放字符串常量（比如 "hello"）、符号引用（比如类名、方法名的引用）等。

方法区不同 JVM 的实现不一样：JDK1.8 之前，方法区的实现叫 “永久代”，是在JVM内存里面的，属于运行时数据区的一部分；JDK1.8 及之后，实现改成了 “元空间”，放到了本地内存（也就是操作系统的内存）里。

为什么要把永久代换成元空间，还放到本地内存？

永久代在JVM内存里，默认空间不大，当加载的类太多（比如SpringBoot项目依赖众多jar包），很容易触发 PermGen Space OOM；

而元空间依赖操作系统内存，加载多少类的元数据信息就由系统的实际可用空间来控制，能加载更多类，大幅降低 OOM 风险。

为什么堆和方法区是线程共享

堆和方法区都是线程共享的，原因也很简单：堆里的对象需要被不同线程访问；方法区的类元数据是创建对象的 “模板”，多个线程创建同一类的对象时，都要读取这里的元数据，所以必须共享。

四、总结表

区域	线程共享性	核心存储内容	生命周期	是否需要GC
虚拟机栈	私有	栈帧（局部变量表、操作数栈等）	随线程生灭	不需要
本地方法栈	私有	本地方法的栈帧	随线程生灭	不需要
程序计数器	私有	当前线程执行的字节码指令位置	随线程生灭	不需要
堆	共享	new 出来的对象、数组	随对象生灭（可跨线程）	需要
方法区（元空间）	共享	类元数据、静态变量、常量池	随类加载/卸载生灭	部分需要