最简单的 JVM 内存结构图

JVM 内存结构图

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大家好，好几天没有更新了，今天的内容有点多，我们详细介绍下 JVM 内部结构图，还是和之前一样，案例先行，方便大家理解记忆。

/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2021-03-10 21:28 * @description：helloworld测试jvm内存区域 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class HelloWorldTest {
    public static void main(String[] args) {        //新建HelloWorldTest对象;        HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest();        //新建2个线程调用sayHello        for (int i=0; i<2; i++) {            new Thread(()->helloWorldTest.sayHello("world")).start();        }    }
    /**     * 对某人说hello     * @param who     */    public void sayHello(String who) {        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"hello!"+who);    }} 

如上代码：在主线程中 for 循环新建 2 个线程调用 sayHello，最后两个线程分别对世界问好！这段代码比较好理解，就不贴输出结果了。我们编写并运行了这段代码，我们主要看看这段代码在 JVM 中是怎么运作的。

首先，我们编写一个 HelloWorldTest.Java 文件，经过 javac 编译会转化成字节码 HelloWorldTest.class，为什么要转化成字节码呢？因为 Java 虚拟机能识别！最后由类加载子系统 ClassLoader 将字节码装载到内存。每块内存各有自己的作用，最后由执行引擎来执行字节码。下面我们重点介绍下各块内存发挥的作用！

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方法区

方法区主要装一些静态信息，比如：类元数据，常量池，方法信息，类变量等。如上代码 HelloWorldTest.class 是类元数据，sayHello，main 都是方法信息等都是放在方法区存储的。方法区中还需要注意两点：

1. 如果方法区太大，超过设置，会报 OutOfMemoryError:PermGen space 错误。gclib 工具可以动态生成类测试该错误。

2. 在 JDK1.7 以前，方法区叫永久代，而 1.8 之后叫元空间。原因是 JDK1.8 为了释放管理压力，把运行时常量池交给堆去管理。

堆

堆中主要存放实例对象。你可以这么理解，只要看到用关键字 new 的对象，数据都放在堆中。如上代码 HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest()；helloWorldTest 是 HelloWorldTest 对象的引用，指向 new 出来的 HelloWorldTest 对象实例，helloWorldTest 引用是放在栈中的，也叫局部变量（方法内申明的对象类型或普通类型），我们简单画图来表示下堆，栈，方法区关系。当 JVM 执行了 HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest()；这句话，JVM 内存结构看起来是这样的。如果指向对象引用消失，对象会被 GC 回收。

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在堆内存中，内存需要划分成两块区域，新生代和老年代。如下图所示。

1. 新生代：在堆内存中，新生代又分为三块，eden（伊甸园创建新生命，对应 new 对象），from，to，这三块内存区域都属于新生代，默认比例是 8：1：1，每次 new 对象都会先存储到 eden 中，如果 eden 区域内存满了，会触发 monitor gc 回收该区域，还未回收的对象会放入 from 或者 to，from，to 内存其中一块是空的，方便对象在内存中整理标记，每 GC 一次，from，to 两块空间对象每移动一次，还未回收的对象年纪也会增加 1，到达一定年纪（默认是 15 岁），就会进入老年代了。

2. 老年代：当老年代满了，会触发 Full GC 回收，如果系统太大，Full GC 都回收不了，程序会出现类似 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，我们可以通过配置 JVM 参数：如-Xmx32m 设置最大堆内存为 32M。

对堆分块原因是方便 JVM 自动处理垃圾回收。堆内存是 GC 回收的主要区域。

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栈

栈内存空间相对于堆空间比较小，也属于线程私有，栈中主要是一堆栈帧，是先进后出的，理解起来栈帧对应就是一个方法，方法中包含局部变量，方法参数，还有方法出口，访问常量指针，和异常信息表，其中异常信息表和常量指针信息我们在方法体中可能看不出来，但通过工具 Jclasslib 工具类在反编译 class 文件可以体现出来，异常信息表可以处理当程序执行报错，会跳转到具体哪行代码执行，JVM 中就是通过异常表反馈的。我们还是结合例子和图来详细分析下。当程序运行时，JVM 中栈可能如下图呈现状态。

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一个线程可能对应多个栈帧，栈帧都是从上往下压入，先进后出，如下图所示，在方法 A 中调用方法 B，在方法 B 中调用 C，在方法 C 中调用方法 D，主线程对应栈帧的压栈情况，出栈顺序是 D->C->B->A，最终程序结束。另外还需注意：操作数栈的意思是存储局部变量计算的中间结果，比如在方法 A 中定义 int x = 1；在 JVM 中会将局部变量入操作数栈用来之后的计算。栈也是有空间大小的，如果栈太大，超过栈深度，会类似报错，java.lang.OutOfMemoryError: Java stack space，最常见的例子就是递归了。你会写 demo 测试递归例子吗？

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程序计数器

程序计数器也是线程独享的，多线程执行程序依赖于 CPU 分配时间片执行，画个简单的图，看看多线程怎么利用 CPU 时间片的。如下图，线程 0 和线程 1 分配 cpu 时间片交替执行程序，假设此时线程 0 先获取到了时间片，时间片用完后 CPU 会将时间片再分配给线程 1，线程 1 执行完毕后，此时，时间片又回到线程 0 来执行，那么问题来了，线程 0 上次执行到哪儿了呢？具体是代码的多少行了呢，该行代码有没有执行完毕？此时程序计数器就发挥作用了，程序计数器保存了线程的执行现场，方便下次恢复运行。这也是为什么程序计数器是线程独享的原因。

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本地方法栈

本地方法栈就不过多介绍了，和栈结构一样，是一块独立的区域，只是对应的是 native 方法。

直接内存

直接内存独立于 JVM 内存之外的内存，可以直接和 NIO 接口交互，NIO 接口会频繁操作内存，如果放在 JVM 管理，无疑会增加 JVM 开销，所以单独将这块提出来，而且直接内存操作数据相比较 JVM 更快，显而易见提升了程序性能。

内存分配性能优化-逃逸分析

我们之前说过，只要是看到关键字 new，对象分配肯定在堆上，下面我们来看一个案例。

/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2021-03-10 16:10 * @description：逃逸分析测试 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class EscapeTest {
    //private static Object object;    public static void alloc() {        //一个对象相当于16k大小，非逃逸对象        //object = new Object();        Object object = new Object();    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        //亿次内存        long begin=System.currentTimeMillis();        for (int i=0; i<10000000; i++) {            alloc();        }        long end=System.currentTimeMillis();        System.out.println("time:"+(end-begin));    }}

如上代码，我们在主函数里面通过 for 循环 1 亿次来 new Object，一个 object 为 16k，大致估算下有 GB 数据了，此时我们手动配置 JVM 参数，-XX:+PrintGC -Xmx10M -XX:+DoEscapeAnalysis；设置打印 GC 信息，默认最大的堆内存是 10M。

1. -XX:+PrintGC。表示控制台打印 GC 信息。

2. -Xmx10M。设置最大的堆内存为 10M。

3. -XX:+DoEscapeAnalysis。 开启逃逸分析（默认开启）。

执行程序，打印结果如下图所示。一共进行了 3 次 GC，你可能有疑问？10M 堆内存需要容纳 GB 数据冲击，怎么也需要 N 次 GC，为什么只有 3 次 GC？如果设置-XX:-DoEscapeAnalysis 关闭逃逸分析，GC 可能会出现上千次。运行时间也从 3 毫秒增至 1000 毫秒以上。说明了非逃逸对象没有新建的堆上，而是建在栈上了。这样做的好处：从程序 GC 执行次数和执行时间上来看，程序运行效率提高了。

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• 原因分析：

观察我们上述案例代码中 alloc()方法，方法中 Object object = new Object()；object 是一个局部变量，每次新建后到下一次循环再新建，上一次新建的对象就会出栈，object 引用指向的对象就会失效，失效的对象就会被 GC 回收了。开启逃逸分析后，new Object()创建的对象就不在堆上分配空间了，而放到了栈上。这就是 JVM 通过逃逸分析对内存的优化。思考下，如果将 private static Object object；注释放开，object 还会是非逃逸对象吗？

注意：逃逸对象不能在栈上分配空间！

相信到这里你已经对逃逸分析应该有一个比较清晰的认识了。

总结

好了，写的有点累了，写的不全同时还有许多需要修正的地方，希望亲们加以指正和点评，喜欢的请点赞加关注哦。点关注，不迷路，我是【叫练】公众号，微信号【jiaolian123abc】边叫边练。

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