JVM內存模型及分區詳解
JVM內存模型主要分為以下幾個核心區域，每個區域有特定的用途和存儲內容：
1. 程序計數器（Program Counter Register）
存儲內容：
- 當前線程執行的字節碼行號指示器
- 對於Java方法，記錄正在執行的虛擬機字節碼指令的地址
- 對於Native方法，值為undefined（未定義）
特點：
- 線程私有，每個線程都有獨立的程序計數器
- 內存空間最小
- 唯一不會發生OutOfMemoryError的區域
2. Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stack）
存儲內容：
- 方法執行的棧幀（Stack Frame）
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每個棧幀包含：
- 局部變量表：存放方法參數和局部變量（基本數據類型和對象引用）
- 操作數棧：方法執行過程中的臨時數據操作區域
- 動態鏈接：指向運行時常量池的方法引用
- 方法出口：方法返回地址或異常處理信息
特點：
- 線程私有，生命週期與線程相同
- 棧深度過大可能導致StackOverflowError
- 內存不足時可能導致OutOfMemoryError
3. 本地方法棧（Native Method Stack）
存儲內容：
- 為Native方法（非Java實現的方法）提供服務的棧空間
- 存儲Native方法調用的相關信息
特點：
- 線程私有
- 可能導致StackOverflowError或OutOfMemoryError
- 具體實現依賴於JVM廠商
4. Java堆（Java Heap）
存儲內容：
- 所有對象實例（"new"出來的對象）
- 對象數組
- 運行時常量池中的部分內容（JDK 7及以後，部分常量池移至堆中）
特點：
- 線程共享，是JVM中最大的內存區域
- 垃圾收集器主要管理的區域（GC堆）
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可分為新生代和老年代：
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新生代：
- Eden區：新對象優先分配的區域
- Survivor 0區（S0/From）：經過第一次GC後存活的對象
- Survivor 1區（S1/To）：GC過程中的目標區域
- 老年代：存放經歷多次GC仍存活的對象
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- 內存不足時拋出OutOfMemoryError
5. 方法區（Method Area）/ 元空間（Metaspace）
存儲內容：
- 類元數據信息：類的結構信息、字段信息、方法信息
- 運行時常量池：編譯期生成的各種字面量和符號引用
- 靜態變量（類變量）
- 即時編譯器編譯後的代碼緩存（JIT編譯後的代碼）
特點：
- 線程共享
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JDK 7及以前稱為永久代（PermGen），JDK 8及以後改為元空間（Metaspace）
- 元空間使用本地內存而非JVM堆內存
- 內存不足時拋出OutOfMemoryError
6. 運行時常量池（Runtime Constant Pool）
存儲內容：
- 字面量：字符串字面量、基本類型常量值
- 符號引用：類和接口的全限定名、字段名稱和描述符、方法名稱和描述符
- 直接引用：直接指向目標的指針、相對偏移量或句柄
特點：
- 是方法區的一部分
- 具備動態性，運行期間也可以將新的常量放入池中（如String.intern()方法）
7. 直接內存（Direct Memory）
存儲內容：
- 通過NIO的ByteBuffer.allocateDirect()分配的內存
- 不屬於JVM運行時數據區的一部分，但被頻繁使用
特點：
- 使用本地內存
- 訪問速度通常快於Java堆內存
- 可能導致OutOfMemoryError（當本地內存不足時）
各區域內存分配的典型流程
- 類加載時，類元數據存入方法區/元空間
- 方法調用時，在虛擬機棧創建棧幀
- 創建對象時，優先在Eden區分配內存
- 對象經過多次GC後，可能進入老年代
- 垃圾收集器負責回收堆中不再引用的對象內存
