Skip to main content

JVM 内部原理

运行时数据区 (Runtime Data Areas)

JVM 内存主要分为线程共享和线程隔离两大类。

线程共享区

方法区 (Method Area) (逻辑概念)
- 作用: 存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等。
- 实现:
  - PermGen (永久代): JDK 7 及之前。位于堆内存中，有固定大小限制 (-XX:MaxPermSize)，容易 OOM。
  - Metaspace (元空间): JDK 8 及之后。使用本地内存 (Native Memory)。默认不设上限 (受物理内存限制)，可通过 -XX:MaxMetaspaceSize 限制。
堆 (Heap)
- 作用: 存放对象实例和数组。
- 特点: JVM 启动时创建，是垃圾收集器 (GC) 管理的主要区域。

线程隔离区

虚拟机栈 (VM Stack)
- 作用: Java 方法执行的线程内存模型。
- 结构: 栈帧 (Stack Frame)，包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口。
- 异常: 栈深度过大抛出 StackOverflowError；无法申请内存抛出 OutOfMemoryError。
本地方法栈 (Native Method Stack)
- 作用: 为 Native 方法服务。
程序计数器 (Program Counter Register)
- 作用: 记录当前线程执行的字节码行号指示器。唯一不会抛出 OOM 的区域。

直接内存 (Direct Memory)

并不是虚拟机运行时数据区的一部分。
NIO (DirectByteBuffer) 使用 Native 函数库直接分配堆外内存，通过 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为引用进行操作。
优点: 避免了在 Java 堆和 Native 堆之间来回复制数据。

垃圾收集 (Garbage Collection)

判断对象存活

可达性分析 (Reachability Analysis): 从 GC Roots 开始向下搜索，不可达的对象即可回收。
- GC Roots 包括: 虚拟机栈中引用的对象、静态属性/常量引用的对象、JNI 引用的对象。
引用类型:
- 强引用 (Strong): 只要存在，GC 就不会回收。
- 软引用 (Soft): 内存不足时回收。
- 弱引用 (Weak): 下一次 GC 时无论内存是否充足都会回收。
- 虚引用 (Phantom): 用于跟踪对象被回收的状态 (配合 ReferenceQueue)。

垃圾收集算法

标记-清除 (Mark-Sweep): 效率一般，产生内存碎片。
标记-复制 (Copying): 将内存分为两块，每次只用一块。效率高，无碎片，但减半可用空间。新生代常用 (Eden:Survivor = 8:1)。
标记-整理 (Mark-Compact): 标记后将存活对象移向一端。老年代常用。

常见垃圾收集器

收集器	作用区域	特点	备注
Serial / Serial Old	新/老	单线程，简单高效 (Client 模式)	-
ParNew	新生代	Serial 的多线程版本	常配合 CMS 使用
Parallel Scavenge / Old	新/老	吞吐量优先，多线程	JDK 8 默认组合 (ParallelGC)
CMS (Concurrent Mark Sweep)	老年代	低停顿，并发收集，标记-清除	JDK 14 中被移除
G1 (Garbage First)	整堆	可预测停顿，Region 布局，无碎片	JDK 9+ 默认收集器
ZGC / Shenandoah	整堆	极低停顿 (<10ms/1ms)，几乎全并发	JDK 11/15+ 引入

内存分配与回收策略

TLAB (Thread Local Allocation Buffer): 线程在 Eden 区私有的分配缓冲区，减少锁竞争。
对象晋升:
- 长期存活对象进入老年代 (默认 15 岁，-XX:MaxTenuringThreshold)。
- 大对象直接进入老年代 (-XX:PretenureSizeThreshold)。
- 动态对象年龄判定: 同龄对象总和 > Survivor/2，大于等于该年龄的对象晋升。

JVM 内存模型 (JMM)

主内存 vs 工作内存: 所有变量在主内存，线程有自己的工作内存（缓存/寄存器），保存了变量副本。
原子性、可见性、有序性: volatile 关键字保证可见性和禁止指令重排序，但不保证原子性。

运行时数据区 (Runtime Data Areas)
垃圾收集 (Garbage Collection)
JVM 内存模型 (JMM)