面试题之——JVM内存模型

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 2022-09-10
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原文地址：https://blog.csdn.net/qq_45901741/article/details/113738214

对于JVM的内存模型，面试中通常会直接问你对它的认识和了解多少，所以我们的回到应该由浅入深，逐层刨析。

一. Java 虚拟机内存模型

首先，我们得知道，JVM内存空间分为五部分，分别是：方法区、堆、Java虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。
这些数据区域可以分为两个部分：一部分是线程共享的，一部分则是线程私有的。其中，线程共享的数据区包括方法区和堆，线程私有的数据区包括虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器。如下图所示：

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接下来我们挨个再说。

1.1、线程共享数据区域

1.1.1、方法区

方法区用于存储已被虚拟机加载的 类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据 。方法区通常和**永久区(Perm)**关联在一起，但永久代与方法区不是一个概念，只是有的虚拟机用永久代来实现方法区，这样就可以用永久代GC来管理方法区，省去专门内存管理的工作。根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出 OutOfMemoryError 异常。

在这里要注意一个东西：“ 运行时常量池 ”

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 。

1)、字面量比较接近Java语言层次的常量概念，如 文本字符串、被声明为final的常量值等 ；
2)、符号引用则属于编译原理方面的概念，包括以下三类常量： 类和接口的全限定名、字段的名称和描述符 和 方法的名称和描述符 。因为运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，那么当常量池无法再申请到内存时也会抛出 OutOfMemoryError 异常。

运行时常量池相对于Class文件常量池的一个重要特征是具备动态性。Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，运行期间也可能将新的常量放入池中，比如字符串的手动入池方法intern()。

1.1.2、Java 堆

Java 堆的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例（和数组）都在这里分配内存 。Java堆是线程共享的，类的对象从中分配空间，这些对象通过new、newarray、 anewarray 和 multianewarray 等指令建立，它们不需要程序代码来显式的释放。

注意：由于Java堆唯一目的就是用来存放对象实例，因此其也是垃圾收集器管理的主要区域，故也称为称为 GC堆 。
从内存回收的角度看，由于现在的垃圾收集器基本都采用分代收集算法，所以为了方便垃圾回收Java堆还可以分为 新生代 和 老年代 。
新生代用于存放刚创建的对象以及年轻的对象，如果对象一直没有被回收，生存得足够长，对象就会被移入老年代。
新生代又可进一步细分为 eden、survivorSpace0 和 survivorSpace1。刚创建的对象都放入 eden，s0 和 s1 都至少经过一次GC并幸存。如果幸存对象经过一定时间仍存在，则进入老年代。

1.2、线程私有的数据区

线程私有的数据区 包括 程序计数器、 虚拟机栈 和 本地方法栈 三个区域，它们的内涵分别如下：

1.2.1、程序计数器

在了解程序计数器之前，我们需要知道一个概念： 线程是CPU调度的基本单位 。

    也就是说，在多线程情况下，当线程数超过CPU数量或CPU内核数量时，线程之间就要根据 
    时间片轮询抢夺CPU时间资源。也就是说，在任何一个确定的时刻，一个处理器都只会执行一
    条线程中的指令。
    因此，为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器去记
    录其正在执行的字节码指令地址。

于是，程序计数器是 线程私有的一块较小的内存空间 ，其可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

1、如果线程正在执行的是一个 Java 方法，计数器记录的是正在执行的字节码指令的地址。
2、如果正在执行的是 Native（本地）方法，则计数器的值为空。

他有两个作用：
1、字节码解释器通过改变程序计数器来一次读取指令，从而实现代码的流程控制，比如我们常见的 顺序、循环、选择、异常处理 等。
2、在多线程的情况下，程序计数器用来记录 当前线程执行的位置 ，当线程切换回来的时候仍然可以知道该线程上次执行到了哪里。

而且，程序计数器是唯一一个没有规定任何 OutOfMemoryError 的区域。

1.2.2、虚拟机栈

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型。每个方法在执行的时候都会创建一个 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，而且 每个方法从调用直至完成的过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

比如：我们方法执行过程中需要创建变量时，就会将局部变量插入到局部变量表中，局部变量的运算、传递等在操作数栈中进行，当方法执行结束后，这个方法对应的栈帧将出栈，并释放内存空间。

虚拟机栈有两种异常情况：StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。我们知道，一个线程拥有一个自己的栈，这个栈的大小决定了方法调用的可达深度（递归多少层次，或嵌套调用多少层其他方法，-Xss 参数可以设置虚拟机栈大小）。
1、若线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，则抛出 StackOverFlowError 异常。此外，栈的大小可以是固定的，也可以是动态扩展的，、。
2、若虚拟机栈可以动态扩展（大多数虚拟机都可以），但扩展时无法申请到足够的内存(比如没有足够的内存为一个新创建的线程分配栈空间时)，则抛出OutofMemoryError 异常。

1.2.3、本地方法栈

本地方法栈与Java虚拟机栈非常相似，区别是：
1、虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务。
2、本地方法栈为虚拟机执行 Native（本地）方法服务，运行本地方法时也会创建栈帧，同样栈帧里也有局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等，在本地方法执行结束后栈帧也会出栈并释放内存资源。

与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。