纵览 JVM 内存，从微观结构到宏观格局

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2024-02-12 01:39:34

Java虚拟机（JVM）是Java语言的运行环境，负责加载、执行Java字节码文件。内存管理是JVM的核心功能之一，本文将带领读者探索JVM内存分配的奥秘，从微观结构到宏观格局，全面了解JVM的内存管理机制。

JVM 内存结构的微观世界

JVM内存结构主要分为以下几个区域：

程序计数器 ：是一块很小的内存，相当于当前线程所执行的字节码的行号指示器，指向哪行的字节码地址就执行那行的字节码。JVM中的字节码解释器则是通过不断修改计数器然后指定执行那行字节码（比如分支，循环，跳转等）。如果当前执行的是java方法，那么当前程序计数器记录的是下一条要执行的字节码指令的地址；如果当前执行的是native方法，这个计数器为空（Undefined）。
Java虚拟机栈 ：是一块独立于本地方法栈的内存，虚拟机栈中的每个元素都是一个栈帧，一个栈帧对应着一个java方法的执行，一个方法的生命周期开始于方法调用到调用结束，一个新的栈帧被压入栈顶，一个栈帧执行完毕后被弹出栈顶。
本地方法栈 ：是给native方法调用的方法栈，虚拟机栈和本地方法栈的差别就是虚拟机栈为java虚拟机执行java字节码服务，而本地方法栈为虚拟机调用本地方法服务。Java方法和Native方法最终都由虚拟机栈管理。
Java 堆 ：是所有Java对象在虚拟机中生存的地方，Java 堆是线程共享的，虚拟机启动时创建，虚拟机退出时销毁。Java堆用于存储对象实例，是JVM管理的内存中最大的一块。
方法区 ：是所有类信息、常量池、字面量和类的静态变量在Java虚拟机中生存的地方，它和Java堆一样也是线程共享的，虚拟机启动时创建，虚拟机退出时销毁。
直接内存 ：不是虚拟机运行时数据区的一部分，它是JVM运行时产生的本地内存，被直接分配在物理内存中。在Java 1.4中，Sun公司推出了NIO（New Input/Output）类，引入了一个名为DirectByteBuffer的新类，它可以通过Unsafe类访问本地内存，实现了堆外内存的使用。

JVM 内存分配的宏观格局

JVM内存分配主要包括以下几个方面：

堆内存分配 ：堆内存分配是JVM内存分配中最关键的部分，它负责为Java对象分配内存空间。堆内存分配可以使用多种算法，如标记-清除算法、标记-整理算法、复制算法等。
栈内存分配 ：栈内存分配用于为Java方法调用分配内存空间，栈内存分配是一种先进后出的数据结构，即后进栈的元素先出栈。栈内存分配可以使用连续内存分配算法或链表分配算法。
方法区内存分配 ：方法区内存分配用于为类信息、常量池、字面量和类的静态变量分配内存空间，方法区内存分配可以使用连续内存分配算法或链表分配算法。