Java虚拟机内存结构详解，助你深入理解Java内存管理

2023-12-30 11:31:45

Java虚拟机（JVM）内存结构是一个复杂而多层次的系统。它主要包括方法区、堆、Java方法栈、本地方法栈、程序计数器五个部分，每个部分都有其独特的作用和功能。

方法区： 方法区是JVM内存结构中存储类信息、常量、静态变量和即时编译后的代码的地方。方法区是线程共享的，也就是说，所有的线程都可以访问方法区中的数据。
堆：堆是JVM内存结构中存储对象实例的地方。堆也是线程共享的，也就是说，所有的线程都可以访问堆中的数据。
Java方法栈： Java方法栈是JVM内存结构中存储Java方法调用信息的栈。每个线程都有自己的Java方法栈，也就是说，每个线程可以同时调用多个Java方法。
本地方法栈： 本地方法栈是JVM内存结构中存储本地方法调用信息的栈。每个线程都有自己的本地方法栈，也就是说，每个线程可以同时调用多个本地方法。
程序计数器： 程序计数器是JVM内存结构中存储当前线程正在执行的Java指令地址的寄存器。程序计数器是线程私有的，也就是说，每个线程都有自己的程序计数器。

Java内存模型（JMM）定义了Java程序中变量的可见性、原子性和一致性规则。JMM确保了Java程序中的多线程操作是安全的和可预测的。

JMM的主要概念包括：

主内存： 主内存是JVM内存结构中存储所有变量的地方。主内存是共享的，也就是说，所有的线程都可以访问主内存中的数据。
工作内存： 工作内存是JVM内存结构中存储每个线程的本地变量的地方。工作内存是私有的，也就是说，只有创建该工作内存的线程可以访问该工作内存中的数据。
可见性： 可见性是指一个线程对变量的修改对其他线程可见的时间点。JMM定义了三种可见性级别：
- 强可见性：一个线程对变量的修改对其他线程立即可见。
- 弱可见性：一个线程对变量的修改对其他线程可能不立即可见。
- 没有可见性：一个线程对变量的修改对其他线程不可见。
原子性： 原子性是指一个操作要么完全执行，要么完全不执行。JMM定义了两种原子性级别：
- 原子操作：一个操作要么完全执行，要么完全不执行。
- 非原子操作：一个操作可以被中断和恢复。
一致性： 一致性是指所有线程对变量的修改最终都能被所有线程看到。JMM定义了两种一致性级别：
- 线程内一致性：一个线程对变量的修改最终都能被该线程自己看到。
- 线程间一致性：所有线程对变量的修改最终都能被所有线程看到。

Java垃圾回收机制（GC）是JVM内存结构中回收不再使用的对象的机制。GC确保了Java程序不会因为内存泄漏而崩溃。

GC的主要算法包括：

标记-清除算法： 标记-清除算法是GC最简单的算法。它首先标记所有不再使用的对象，然后清除所有被标记的对象。
标记-复制算法： 标记-复制算法将JVM内存结构划分为两个区域：新生代和老年代。新生代是对象刚被创建时存储的地方，老年代是对象在新生代存活一段时间后存储的地方。标记-复制算法首先标记所有不再使用的对象，然后将所有未被标记的对象复制到老年代。
标记-整理算法： 标记-整理算法与标记-复制算法类似，但它不会将所有未被标记的对象复制到老年代。相反，它只会将所有未被标记的对象整理到老年代的末尾。
分代垃圾回收算法： 分代垃圾回收算法是目前最常用的GC算法。它将JVM内存结构划分为三个区域：新生代、老年代和永久代。新生代是对象刚被创建时存储的地方，老年代是对象在新生代存活一段时间后存储的地方，永久代是存储类信息、常量和静态变量的地方。分代垃圾回收算法对新生代和老年代使用不同的GC算法。