JVM初识 & JVM 内存区域划分

文章目录

[JVM初识 & JVM 内存区域划分](#JVM初识 & JVM 内存区域划分)
观前须知
[1. JVM 是什么](#1. JVM 是什么)
[2. JVM 内存区域划分](#2. JVM 内存区域划分)
- - 为什么要进行内存区域划分
- [2.1 程序计数器](#2.1 程序计数器)
- [2.2 元数据区](#2.2 元数据区)
- [2.3 栈](#2.3 栈)
- [2.4 堆](#2.4 堆)
- - 新生代区，老年代区？？？
  - [JVM的栈和堆 VS 数据结构的栈和堆](#JVM的栈和堆 VS 数据结构的栈和堆)
[3. 总结](#3. 总结)

观前须知

关于 JVM 的内容，是我本人，为了应付面试中，关于 JVM 的问题，编写的博客。

也就是说，这篇博客，是为了面试，而准备的。

如果你不是学习 Java编程的，或者你不打算往计算机岗位去发展的。

你是可以不看这篇博客的。

你也可以当作是科普性质，来阅读这篇博客。

1. JVM 是什么

JVM 是 Java Virtual Machine 的简称，翻译过来为 Java虚拟机 。
虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件功能的、运行在一个完全隔离的环境中的完整计算机系统。

常见的虚拟机：JVM、VMwave、Virtual Box。

JVM 是一台被定制过的现实当中不存在的计算机。

正常来说，Java程序员，本身是不需要理解 JVM 底层内容的。

JVM 诞生的初心就是为了让你不同理解底层。

但是，有个大佬，写了一本书，叫做：深入理解 Java虚拟机

后来，很多 Java岗位的面试官，就把其中一些内容，拿出来，作为面试题了。

我们主要讲三大块的内容：

JVM 内存区域划分
类加载机制
垃圾回收机制（GC）

这三大块的面试题，是最多的。

第一块内容，在这篇博客中，进行介绍，后面两个，我分开两篇博客，进行介绍：
JVM 类加载机制 & 双亲委派模型
 JVM 垃圾回收机制（GC）

2. JVM 内存区域划分

JVM，叫做 Java虚拟机，它是仿照真实的机器，真实的操作系统，进行设计的。

真实的操作系统中，对于进程的地址空间，是进行了分区域的设计 的。

JVM也就仿照操作系统的情况，也进行了分区域的设计。

JVM，是从真实的操作系统中，申请出来的内存空间 。

JVM 内存区域划分，就相当于是 JVM 自身从操作系统申请到的内存空间，再把这块内存，根据不同的功能需要，再次进行内存划分。

为什么要进行内存区域划分

举一个生活中的例子：租办公楼

有一栋写字楼（操作系统），有很多层，每一层就是一个进程。

开公司的人，就会从这层写字楼的物业这里，租一层过来，作为办公区（JVM分配到的内存空间）。

但是，这个办公区，并不是能立刻就用的，它是一个毛胚房，需要装修一下（JVM内存区域划分）。

JVM对这块内存区域，进行划分，每块区域 ，就能发挥不同的作用。

JVM 划分出了四个核心区域：

程序计数器
元数据区
栈
堆

我们可以用这么一张图，来表示这四个区域：

其中，本地方法栈、虚拟机栈，其实都是栈，是可以合并到一起的。

接下来，我们分别介绍，这几个区域，是干嘛的。

2.1 程序计数器

程序计数器 ，这是一块很小的区域，只是用来记录，当前指令执行到哪个地址 了。

其实说白了，就是记录，当前计算机执行的这么多指令，执行到哪个 ，并且，能确保下一条指令，能够准确执行。

如果学过计算机组成原理，你应该学过，CPU中，有一块很小的区域，叫做：PC寄存器

和程序计算器差不多。

JVM的程序计数器 ，是内存上的
PC寄存器 ，是 CPU 上的

2.2 元数据区

元数据区 ：保存当前类被加载好的数据

什么叫做 "类被加载好"？

写 Java代码的时候，我们写的是 XXX.java 文件，编译之后，就会是 XXX.class 二进制的字节码文件。

想要运行这里面的代码，就需要把 XXX.class 二进制的字节码文件，加载到内存中，这就是我们后面会说的类加载。

那么，元数据区，就是存储这些 XXX.class 二进制的字节码文件，加载好之后的内容 。

其实，加载好之后的内容，就是类被加载好的数据，就是我们说的："类对象"。

类对象

什么叫做类对象？

当一个类被 JVM 加载时（首次使用该类时） ，JVM 会为这个类生成一个对应的 Class 类型的对象，这个对象就是类对象。例如：

java 复制代码

class Person {
	//属性
}

当 Person 类被加载后，JVM 会创建一个 Class< Person > 类型的对象，用于描述 Person 类的信息。

那么大家有个印象就行，不用太纠结这个东西，面试也不会问得这么深的。

元信息

我们这张图中，有两个元信息：类元信息，方法元信息

元信息，指的就是一些属性。

类元信息指的是：类的名字，类的访问修饰限定符（public？private？......），继承了什么类，实现了哪些接口......

方法元信息：方法的名字，方法的参数有几个，方法的参数都是什么数据类型的，方法的返回值是什么......

常量池

常量池 ，你可以理解为，就是一个小容器，里面存放着我们写代码时，可能会用到的常量。

String类，有 String常量池
String常量池是Java虚拟机（JVM）中的一个特殊存储区域，用于存储字符串字面量和对这些字符串的引用。这个机制允许JVM有效地重用不可变的字符串对象，从而节省内存并提高性能。

字面量：字符串(JDK8 移动到堆中)、final常量、基本数据类型的值。

符号引用：类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。

Integer，是一个包装类，它有 Integer常量池，里面存放着 Integer 能表示的最大值，最小值，还有其他的值，可以去调用他们。例如：
java 复制代码
main(String[] args) {
       int maxInt = Integer.MAX_VALUE;
       System.out.println("Integer的最大值是：" + maxInt);    } } ```

2.3 栈

栈：保存方法的调用关系的

写代码的时候，肯定会有方法的调用 。

每次调用方法，就会进入方法内部，执行方法内部的代码，方法执行结束之后，就会返回调用的位置，继续执行剩下的代码。

那么，方法是如何顺利返回方法调用的位置？

于是，就引入了栈。

在 JVM内部，就维护了一个数据结构的栈，符合后进先出的特点。

假设，一个Java程序，main 方法中，有一个 test1方法，执行到 test1方法之后，就会进入 test1方法。

此时，栈就会记录方法的调用关系：

那么，栈中的每一个元素，就可以认为是一个栈帧。

栈帧，就会记录，这个方法的参数，局部变量，返回值，返回的地址（test1结束后，继续执行哪里）。

test1方法结束后，这个栈帧，就会出栈。

函数栈帧，你可以在 B站上面搜索，进行学习。

可以用这么一张图来表示：

JVM 中的栈，空间不是很大，一般就是几MB，几十MB 这样的情况。

这个空间，是可以通过 JVM的启动参数来配置的。

大部分情况下，这样的内存，是够用了的，但是，少数情况下，可能会出现 "栈溢出" StackOverflow异常 。

这种情况，大概率，就是你写函数递归代码，递归出现无限递归 的情况了，这个空间被用完了，就出现 "栈溢出" StackOverflow异常。

栈的空间，当方法结束 之后，栈帧就会自动释放 掉，不用进行垃圾回收。

2.4 堆

堆：保存 new 的对象

new 的对象，这应该是写Java程序，很容易见到的了。

假设，我自定义了一个类，叫做 Test类。

这段代码：

java 复制代码

Test t = new Test();

这就是 new 的一个对象，我们也叫做：实例化一个对象

那么，哪个部分，是保存在堆上的呢？

首先 后半部分：new Test() ;

是一定保存在堆上 的。
前半部分：Test t

我们的看，t 是什么样的变量。

如果 t 是一个 局部变量 ，t 就是保存在栈上 的。

如果 t 是一个 成员变量 ，t 就是保存在堆上 的。

如果 t 是一个 静态成员变量 ，t 就是保存在元数据区上 的。

静态成员变量，也叫做类变量，是所有对象共享的。

更多关于静态成员变量，你可以看我的这篇博客：
JAVA 初始类和对象（下）：封装 & static成员 & 内部类

这篇博客中会说到：类变量，是所有对象共享的，存储在 "方法区" 上。

其实，方法区，就是我们这篇博客说的元数据区 。
方法区 ，是 JDK8 及之前的说法 ，现在的 JDK17 和 JDK21，都叫做元数据区。

我们可以用一张图来表示一下：

堆，是JVM中，最大的空间区域 了。

我们 new 的所有对象，都在堆上 。

我们在往集合类里面，添加元素，也是存储在堆上 的。

集合类：顺序表，链表，二叉树，哈希表......

堆上，存储了这么多的对象，元素 ，如果一些对象或元素，不再使用 的话，就需要释放掉他们，否则，就会占着空间。

如何释放？

就是我们在这篇博客中：
JVM 垃圾回收机制（GC）讲到的垃圾回收机制。

新生代区，老年代区？？？

这两个区，是干嘛用的，我们同样在：
JVM 垃圾回收机制（GC）中，进行详细的介绍。

JVM的栈和堆 VS 数据结构的栈和堆

此处，我们讲到的栈和堆，和数据结构中的栈和堆，是没有关系的。

如果，面试的时候，面试官问你：什么是栈，什么是堆？

此时，你就要问一下面试官：是数据结构的栈和堆，还是 JVM内存划分中的栈和堆？

这也是计算机中，很常见的一个情况：一个术语，可能有多种含义。

3. 总结

内存区域划分，是 JVM 从真实的操作系统中，申请到的内存空间，再进行划分。

这四个内存区域，是我们面试中，经常会问到的一个问题 。

这里要清楚的了解，这四个内存区域，他们的功能是什么：

程序计数器 ：一块小的内存区域，存储下一个要执行的指令的地址（当前执行的这条指令的下一条指令是哪个）
元数据区 ：保存类对象（类被加载好的数据），又分为元信息和常量池两块区域
栈：保存方法之间的调用关系（通过栈帧来记录）
堆：保存 new出来的对象

这个面试题，理解好，背起来，是比较容易的。

当然，理解透了，你自然能自圆其说，毕竟面试，是没有完美的固定答案的。

最后，如果这篇博客能帮到你的，请你点点赞，有写错了，写的不好的，欢迎评论指出，谢谢！