JVM内存结构配图详解【前后三小时整理，值得收藏】 ✨ 每日积累

有的同学只知道内存区域有什么东西，但是之间的交互并不清楚，接下来我们一起看下jvm的内存区域中的这些结构之间是如何交互的。画了个挫爆的图如上图所示：内存空间由堆内存、栈、本地法栈、元空间、程序计数器组成，其中堆内存和方法区市线程共享的，栈、本地方法栈和程序计数器是每个线程私有的。内存结构组成程序计数器程序计数器：指示当前程序执行到了哪一行，执行Java方法时记录正在执行的虚拟机字节码指令地址；执行

力不竭!!!战不止!!!

8354人浏览 · 2021-07-28 23:12:56

力不竭!!!战不止!!! · 2021-07-28 23:12:56 发布

有的同学只知道内存区域有什么东西，但是之间的交互并不清楚，接下来我们一起看下jvm的内存区域中的这些结构之间是如何交互的。

画了个挫爆的图

在这里插入图片描述

如上图所示：

内存空间由堆内存、栈、本地法栈、元空间、程序计数器组成，其中堆内存和方法区市线程共享的，栈、本地方法栈和程序计数器是每个线程私有的。

内存结构组成

程序计数器

程序计数器：指示当前程序执行到了哪一行，执行Java方法时记录正在执行的虚拟机字节码指令地址；执行本地方法时，计数器值为null

虚拟机栈

虚拟机栈：用于执行Java方法，栈针存储布局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址和一些额外的符加信息。程序执行时入栈；执行完成后栈针出栈。比如我们方法执行过程中需要创建变量时，就会将局部变量插入到局部变量表中，局部变量的运算、传递等在操作数栈中进行，当方法执行结束后，这个方法对应的栈帧将出栈，并释放内存空间。

方法区

方法区主要用来存放类信息、类的静态变量、常量、运行时常量池等，方法区的大小是可以动态扩展的
堆内存又分为：新生代和老年代，并且一般新时代的空间比老年代大。堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。

方法区和堆都是线程共享的，在JVM启动时创建，在JVM停止时销毁，而Java虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的，随线程的创建而创建，随线程的结束而死亡。

堆内存

**堆内存又分为：**新生代和老年代，并且一般新时代的空间比老年代大。堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。

本地方法栈

本地方法栈结构上和栈一样，只不过Java虚拟机栈是运行Java方法的区域，而本地方法栈是运行本地方法的内存模型。运行本地方法时也会创建栈帧，同样栈帧里也有局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等，在本地方法执行结束后栈帧也会出栈并释放内存资源，也会发生OutOfMemoryError。

类运行的流程

我们写好的java代码会产生一个.java文件，之后运行这个代码的main方法之后会在jvm执行前吧.java文件转换成.class文件,由内加载器去加载这个文件，类的加载将类的.class 文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在内存中创建一个java.lang.Class对象（规范中并未说明Class对象位于哪里，HotSpot虚拟机将其放在方法区中）。

类加载之后再内存中大概分布：

在这里插入图片描述

从上图我们可以看到类在加载后在内存中得大概布局，其中静态变量、静态常量和类class文件在元空间存储，堆内存存储代码运行中需要用到得对象。代码运行得时候每一个线程都会有一个独立的栈空间，栈空间里面有大大小小的栈帧，用于程序的运行、方法的调用。

栈空间详细描述：

在这里插入图片描述

栈帧结构：

当进入一个方法时，这个方法所需的局部变量空间时完全确定的，在方法运行期间变量槽的大小是不会改变的，虚拟机真正使用多少内存来实现一个变量槽，由虚拟机实现自行决定。

局部变量表

存放了编译期可知的各种基本类型（8中基本类型）、对象引用（指向对象的引用指针、代表对象的句柄、指向对象的真实地址）、局部变量、retureAddress（指向一个字节码指令的地址），其中64位长度的数据类型中double和long的数据占用两个变量槽，其余的占用1个变量槽

操作数栈

是一个用于计算的栈空间，当一个方法开始执行时，栈空间为空，根据字节码指令进行压栈、出栈操作，先入后出式，在某些情况下，会出现某些方法共用部分相同值得情况下，栈帧得部分会重叠，这样可以实现部分参数共用。

动态链接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态链接。在类加载过程中的解析阶段会将符号引用转为直接引用，这种转化也称为静态解析。另外的一部分将在运行时转化为直接引用，这部分称为动态链接。

方法出口

分为两种情况：

1、正常执行结束有返回值，将返回值传递给上层调用者。或者正常结束没有返回值。

2、异常退出，当前方法异常退出会跳转到上层调用处，如果此处有异常处理，则程序继续往下走，如果此处没有异常处理，则会继续跳转到上上层调用处，直到最高层调用处都未处理异常，程序抛异常停止。

程序计数器描述

我们可以从下面得图中看出，我们反编译后得文件有一些数字，这个就是我们程序运行中得行号，程序计数器可以把它看作线程所执行字节码得行号指示器。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复【此处设计的到线程上下文切换，对于单核CPU来说（一般是多核CPU，此处就理解为一个核），CPU在一个时刻只能运行一个线程，当在运行一个线程的过程中转去运行另外一个线程，这个过程叫做线程的上下文切换（对于进程也是类似）。由于可能当前线程的任务并没有执行完毕，所以在切换时需要保存线程的运行状态，以便下次重新切换回来时能够继续切换之前的状态运行。】
在这里插入图片描述

堆内存详解

cms-内存结构.png

新生代：eden space + 2个survivor
老年代：old space
持久代：1.8之前的perm space
元空间：1.8之后的metaspace

注意：这些space必须是地址连续的空间

对象分配规则

优先在Eden区分配

对象在新生代Eden区中分配, 当Eden区没有足够空间分配时, VM发起一次Minor GC, 将Eden区和其中一块Survivor区内尚存活的对象放入另一块Survivor区域, 如果在Minor GC期间发现新生代存活对象无法放入空闲的Survivor区, 则会通过空间分配担保机制使对象提前进入老年代(空间分配担保见下).
大对象直接进入老年代

Serial和ParNew两款收集器提供了-XX:PretenureSizeThreshold的参数, 令大于该值的大对象直接在老年代分配, 这样做的目的是避免在Eden区和Survivor区之间产生大量的内存复制(大对象一般指需要大量连续内存的Java对象, 如很长的字符串和数组), 因此大对象容易导致还有不少空闲内存就提前触发GC以获取足够的连续空间.

然而取历次晋升的对象的平均大小也是有一定风险的, 如果某次Minor GC存活后的对象突增,远远高于平均值的话,依然可能导致担保失败(Handle Promotion Failure, 老年代也无法存放这些对象了), 此时就只好在失败后重新发起一次Full GC(让老年代腾出更多空间).