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Java内存区域

JVM内存结构分为五大区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、方法区、堆

一、线程私有区域

这些区域是每个线程独有的，线程之间互不影响

1. 程序计数器（PC寄存器）

程序计数器是每个线程私有的，用于记录当前线程正在执行的字节码指令的地址（行号指示器）。

每个线程在执行 Java字节码时，JVM 会为其分配一个 程序计数器
这个计数器的值指向当前线程所执行的字节码指令的地址。
JVM 是多线程的，采用线程轮流切换执行的方式（线程间上下文切换），而程序计数器就起到“记住上次执行到哪”的作用。

特点：

每个线程一个，线程私有
唯一一个不会发生内存溢出（OutOfMemoryError）的内存区域：程序计数器占用空间小，只记录当前线程执行的字节码指令地址，不参与复杂内存操作，每个线程一个，也不需要频繁分配/释放内存，所以它是 JVM 中唯一一个不会出现 OOM 的内存区域。

作用：

控制程序执行流程
支持多线程切换恢复执行位置

2. 虚拟机栈

每个方法执行时会创建一个栈帧压入虚拟机栈，执行结束后弹出，栈帧用于存储：

局部变量表（基本数据类型、引用类型）
操作数栈：用于执行指令时临时存储操作数和计算结果
动态链接：用于将符号引用转为实际调用的方法地址
- 符号引用：符号引用是 Java 字节码中对类、字段、方法等实体的一种“名称级”描述，在类加载阶段将其解析为直接引用 —— 也就是在内存中的真实地址
- 直接引用：在程序运行期间，JVM 根据符号引用解析出来的具体内存地址 或者对内存中某个对象、类、方法、字段等的直接访问方式
- 也就是说符号引用是通过类名方法名等间接指向内存地址，直接引用是直接指向内存地址
方法返回信息：用于方法执行完毕后返回调用者位置，恢复现场

作用：

方法调用与执行的内存模型

特点

线程私有
生命周期随线程而定
可能抛出异常：
- StackOverflowError：如果栈的内存大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度的时候，就抛出 StackOverFlowError 错误。
- OutOfMemoryError：如果栈的内存大小可以动态扩展，那么当虚拟机在动态扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常

3. 本地方法栈

类似于 Java 虚拟机栈，只不过执行的是 Native 方法

可能抛出 OOM 或 StackOverflowError

作用

为 JVM 使用的 Native 本地方法服务（一般由其他语言C、C++编写）

特点

类似于 Java 虚拟机栈，只不过执行的是 Native 方法
可能抛出 OutOfMemoryError 或 StackOverflowError

二、线程共享区域

这些区域是所有线程共享的，在 JVM 启动时创建。

4. 堆

Java 堆是 JVM 中内存最大的一块区域，用于存储所有对象实例和数组，是垃圾回收器（GC）管理的主要区域

结构划分

Java 堆通常被划分为 新生代（Young Generation） 和 老年代（Old Generation），有些实现还有 元空间（Metaspace）。

1. 新生代

存放新创建的对象
Eden 区：新对象最初分配在这里
Survivor 区：在一次新生代垃圾回收后，如果对象还存活，幸存对象会进入Survivor区

2. 老年代

存放从新生代“晋升”来的长生命周期对象
GC 不频繁，但回收代价高

作用

存放所有对象实例、数组，几乎所有 new 出来的对象都在这里

特点

所有线程共享
垃圾收集器（GC）主要工作区域
按功能划分：
- 新生代（Young Generation）
- 老年代（Old Generation）
- 元空间（在 JDK8 前叫永久代）
可通过 -Xms -Xmx 调整堆大小

可能抛出： OutOfMemoryError

字符串常量池

字符串常量池 是 JVM 为了提升性能和减少内存消耗针对字符串（String 类）专门开辟的一块区域，主要目的是为了避免字符串的重复创建。

JDK1.7 之前，字符串常量池存放在永久代。JDK1.7 字符串常量池和静态变量从永久代移动到了 Java 堆中。

String s1 = "hello";
String s2 = "hello";
System.out.println(s1 == s2); // 输出 true，指向同一个池中的对象

String s3 = new String("hello");
System.out.println(s1 == s3); // 输出 false，new创建了新的对象，引用不同

5. 方法区

方法区是 JVM 内存结构的一部分，用于存储类的元信息，包括类结构、方法、字段、常量、静态变量等

在 JDK 1.7 及之前，它的实现依赖于 永久代（PermGen）
在 JDK 1.8 及之后，方法区实现被替换为 元空间（Metaspace），并从 JVM 内存中移出，改用本地内存分配

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，它存储的是编译期生成的各种字面量（如字符串字面量）和符号引用，运行时解析后变成直接引用。

1. 存储编译期生成的常量

包括类、方法、字段的符号引用（如类名、方法名、描述符等）
编译时生成的各种字面量（如字符串字面量、整数字面量等）

这些内容最初在 .class 文件中存在于常量池表，JVM 类加载时会将它们加载进运行时常量池。

2. 支持符号引用 → 直接引用的动态解析

运行时常量池负责将符号引用（如“java/lang/String”）解析为直接引用（内存地址）。

这正是 动态链接 的过程。

例如：

String s = new String("abc");

"abc" 是字面量，存在常量池。
String 的类符号引用也来自常量池，运行时解析为 java.lang.String 的真实内存地址。

3. 支持字符串常量池机制

所有字符串字面量都会存储在运行时常量池中，便于复用，节省内存。
通过 intern() 方法也可以手动将字符串加入常量池。

三、本地内存和直接内存

本地内存

指JVM管理之外的系统内存，比如：

操作系统分配的直接内存（Direct Memory）
JNI调用中使用的内存
JVM自身运行时的代码缓存、线程栈等操作系统内存

这部分内存不受JVM垃圾回收控制，由操作系统管理。

直接内存

直接内存是不属于Java堆（Heap）的内存区域，位于操作系统的本地内存中。
直接内存的优势是避免了Java堆和操作系统内核之间的内存拷贝，提高了I/O操作的效率

在jdk1.8中

Java程序内存 = JVM内存 + 本地内存

本地内存 = 元空间 + 直接内存

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