JVM扫盲：内存模型

JVM（Java Virtual Machine，Java 虚拟机）的内存模型是 Java 运行时数据区的规范，它定义了 JVM 在执行 Java 程序时如何管理内存。根据《Java 虚拟机规范》，JVM 的运行时数据区主要分为以下几个部分：

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一、线程私有区域（Thread-Private）

这些区域是每个线程独立拥有的，生命周期与线程相同。

1. 程序计数器（Program Counter Register）

也叫PC寄存器，用于记录当前线程正在执行的字节码指令的地址，JVM 程序计数器 = 当前线程的"执行指针",保存当前线程的执行位置。

• 如果当前线程正在执行的是一个 Java 方法，则程序计数器保存的是 JVM 字节码指令的地址。
• 如果当前线程正在执行的是 Native方法，则程序计数器的值为 undefined。

Native方法：不是用Java写的方法，如System.currentTimeMillis()；

举个例子：

public void foo() {
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = a + b;
}

编译成字节码后：

0: iconst_1     // 将 1 压入操作数栈
1: istore_1     // 存入局部变量表 slot 1 (a)
2: iconst_2     // 将 2 压入栈
3: istore_2     // 存入 slot 2 (b)
4: iload_1      // 加载 a
5: iload_2      // 加载 b
6: iadd         // 相加
7: istore_3     // 存入 c
8: return       // 返回

PC寄存器记录的就是前面的数字，也就是当前执行到哪里了

2. 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）

每当一个线程被创建，JVM 就会为它分配一个独立的虚拟机栈，虚拟机栈的核心单位是 栈帧（Stack Frame），每个方法调用都会创建一个栈帧，并在方法执行结束时销毁。栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

3. 本地方法栈（Native Method Stack）

与 Java 虚拟机栈类似，主要为虚拟机使用到的 Native 方法服务，在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。本地方法执行时也会创建栈帧，Native 方法运行在 JVM 之外（如 C 函数），其调用约定、栈帧格式与 Java 字节码不同，需要独立的管理机制

二、线程共享区域（Shared Among Threads）

这些区域被所有线程共享，随 JVM 启动而创建。

4. 堆（Heap）

堆 是 JVM 中最大的一块内存区域，被所有线程共享，在虚拟机启动时创建，用于存放对象实例。从内存回收角度，堆被划分为新生代和老年代，新生代又分为 Eden 区和两个 Survivor 区（From Survivor 和 To Survivor）由 垃圾回收器（GC）自动回收不再使用的对象，程序员无需手动释放。

5. 方法区（Method Area）

在 JDK 1.8 及以后的版本中，方法区被元空间取代，使用本地内存。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。虽然方法区被描述为堆的逻辑部分，但有 "非堆" 的别名。

6. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，具有动态性，运行时也可将新的常量放入池中。

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三、直接内存（Direct Memory）

直接内存是堆外的本地内存，JVM 可以让操作系统直接把数据映射或共享到这块内存。不属于 JVM 运行时数据区的一部分，通过 NIO 类引入，是一种堆外内存，可以显著提高 I/O 性能。直接内存的使用受到本机总内存的限制

• 不属于 JVM 运行时数据区，但被频繁使用（如 NIO 的 ByteBuffer.allocateDirect()）。
• 直接分配在操作系统内存中，不受 JVM 堆大小限制。
• 但总内存仍受物理内存和操作系统限制，使用不当也会导致 OutOfMemoryError。

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