JVM-内存结构

一、JVM内存五大核心结构详解

1. 程序计数器（Program Counter Register）

特性	说明
作用	记录当前线程执行的字节码行号指示器（分支/循环/异常处理的核心）
线程私有	✅ 每个线程独立存储指令位置
异常	❌ 唯一不会抛出OutOfMemoryError的区域
特殊场景	⚠️ 执行Native方法时值为undefined

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2. 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）

// 栈帧内存模型示例
public void calculate() {
    int a = 1;                  // → 局部变量表（基本类型）
    Object obj = new Object();  // → 引用存栈，对象实例在堆
    obj.toString();             // → 动态链接指向方法区的方法字节码
}

虚拟机栈是JVM执行Java方法的运行时数据结构，通过栈帧为每个方法调用提供隔离的执行环境，管理局部数据存储和运算过程，构建完整的方法调用链

组件	作用
局部变量表	存储基本类型（int/boolean等）和对象引用（reference指针）
操作数栈	执行计算指令的临时工作区（如加减乘除）
动态链接	指向运行时常量池的方法符号引用（关联方法区）
方法出口	记录方法返回地址（正常return或异常退出）
异常	⚠️ StackOverflowError（递归过深） ⚠️ OOM（扩展栈内存失败）

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3. 本地方法栈（Native Method Stack）

特性	说明
作用	为JNI（Java Native Interface）方法提供内存空间（C/C++代码）
线程私有	✅ 与虚拟机栈隔离
异常	⚠️ 同虚拟机栈（StackOverflowError/OOM）
关键差异	服务Native方法而非Java方法（但HotSpot将两栈合并）

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️ 4. 堆（Heap）

JVM堆内存

年轻代

老年代

Eden区

Survivor区

S0区

S1区

内存比例：

• -XX:NewRatio=2：老年代:年轻代=2:1（默认）
• -XX:SurvivorRatio=8：Eden:S0:S1=8:1:1

对象晋升规则：

年龄1

年龄2

年龄3

年龄>15

年龄>15

大对象

对象创建

Eden区

S0区

S1区

老年代

特性	说明
线程共享	✅ 所有线程访问同一堆空间
存储内容	对象实例、数组、字符串常量池（JDK7+）
GC机制	分代回收： - 新生代（Minor GC） - 老年代（Full GC）
异常	⚠️ OutOfMemoryError（内存泄露/大对象）
配置参数	-Xms（初始堆大小） -Xmx（最大堆大小）

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5. 方法区（Method Area）

版本	实现名称	存储位置	内容	参数配置
JDK7-	永久代	JVM内存	类元数据/运行时常量池/静态变量	-XX:PermSize
JDK8+	元空间	本地内存	类元数据/运行时常量池	-XX:MaxMetaspaceSize
共性			JIT编译代码/方法字节码

重大变革：
静态变量在JDK7后存入堆中！字符串常量池在JDK7从永久代移至堆。

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二、常量池体系解析

常量池分为三级结构，关系如下：

类加载

字符串解析

Class文件常量池

运行时常量池

字符串常量池

1. Class 文件常量池 (Constant Pool)

• 位置：.class文件中的固定结构
• 内容：
  ✅ 字面量：字符串、数值等显式常量

  String s = "fly";  // "fly" 即字面量
  

  ✅ 符号引用：
  → 类/接口的全限定名（如java/lang/Object）
  → 字段名和描述符（如Ljava/lang/String;）
  → 方法名和描述符（如()V）
• 特点：
  → 编译期生成
  → 静态存储（不依赖运行时）

2. 运行时常量池 (Runtime Constant Pool)

• 位置：方法区的一部分（JDK8+在元空间）
• 生成过程：
  → 类加载时，将Class文件常量池加载到内存
  → 符号引用 → 解析为 直接引用（指向方法/字段的内存地址）
• 动态性：
  ✅ 支持运行时添加常量（如String.intern()）
  ✅ 存储内容：
  → 类/方法解析后的直接引用
  → 数值/字符串等基本常量

3. 字符串常量池 (String Table)

• 位置演变：

  JDK版本	位置	原因
  JDK6	方法区	受永久代大小限制，易OOM
  JDK7+	堆内存	允许GC回收，避免OOM；调优更灵活

• 核心机制：

  // 示例1：直接赋值（优先使用常量池）
  String s1 = "fly";                // 在常量池创建对象
  String s2 = "fly";                // 复用常量池对象（s1 == s2）
  
  // 示例2：new创建（堆中新对象）
  String s3 = new String("fly");    // 堆中创建新对象（s1 ≠ s3）
  
  // 示例3：intern主动入池
  String s4 = s3.intern();          // 返回常量池引用（s1 == s4）
  

• 设计优势：
  ✅ 避免重复创建：相同字符串共享内存
  ✅ GC可回收：JDK7+后可被垃圾回收

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常量池对比总结

特性	Class文件常量池	运行时常量池	字符串常量池
存在阶段	编译期（.class文件）	运行期（方法区/元空间）	运行期（堆）
是否可动态添加	❌	✅（intern等）	✅（intern强制入池）
内容	字面量+符号引用	直接引用+运行时添加的常量	唯一字符串的引用
内存回收	不支持	JDK8+由元空间管理	JDK7+支持GC回收
OOM风险	无	元空间溢出	堆内存溢出