JVM 内存结构

程序计数器

  • 每个线程私有，记录当前线程执行的字节码行号。
  • 唯一不会发生 OutOfMemoryError 的区域。
  • 执行 Native 方法时，计数器值为空（Undefined）。

Java 虚拟机栈

  • 管理 Java 方法调用所需的栈帧。
  • 每个线程私有。
  • 栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口。
  • 异常：StackOverflowError（栈深度过大）、OutOfMemoryError（无法扩展栈）。

本地方法栈

  • 为 JVM 调用 Native 方法服务。
  • 与 Java 虚拟机栈类似，但服务于 Native 方法。
  • HotSpot VM 将两者合二为一。

堆

  • 所有线程共享，存放对象实例。
  • 分代管理：年轻代（Eden、Survivor）和老年代。
  • 异常：OutOfMemoryError: Java heap space。
  • 可通过 -Xms 和 -Xmx 调整大小。

方法区（MetaSpace）

  • 存储类的结构信息、常量、静态变量等。
  • JDK8 之后使用元空间（MetaSpace）替代永久代。
  • 元空间使用本地内存，默认无上限。
  • 异常：OutOfMemoryError: Metaspace。

直接内存（Direct Memory）

  • 堆外内存，通过 Unsafe.allocateMemory() 或 ByteBuffer.allocateDirect() 分配。
  • 不受 JVM 堆内存限制，但受本机物理内存限制。
  • 常用于 NIO 操作，避免在 Java 堆和 Native 堆之间复制数据。
  • 可通过 -XX:MaxDirectMemorySize 限制大小。

逃逸分析

  • 对象作用域分析，判断对象是否会逃逸出方法。
  • 逃逸：对象被方法外部引用（返回值、赋值给静态变量、赋值给其他线程等）。
  • 不逃逸：对象只在方法内部使用。

逃逸分析优化

  1. 栈上分配：未逃逸对象分配在栈上，随栈帧销毁自动回收。
  2. 标量替换：将对象拆解为基本类型，不创建对象。
  3. 同步锁消除：未逃逸对象无需同步，消除锁。
public void escapeAnalysis() {
    // 未逃逸对象，可能被优化为栈上分配或标量替换
    Point p = new Point(1, 2);
    System.out.println(p.x + p.y);
}

public Point escape() {
    // 逃逸对象，必须在堆上分配
    return new Point(1, 2);
}

TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

  • 线程私有的分配缓冲区，减少多线程分配时的竞争。
  • 默认大小为 Eden 区的 1%。
  • 参数：-XX:TLABWasteTargetPercent（默认 1）。
  • 分配流程：优先在 TLAB 分配，不足时在 Eden 区分配。

TLAB 优势

  • 减少多线程竞争，提升分配性能。
  • 避免频繁的 CAS 操作。
  • 大多数对象在 TLAB 中分配，只有大对象才在共享区域分配。

JVM 内存分配策略

  1. 对象优先在 Eden 区分配：新对象优先在年轻代 Eden 区分配。
  2. 大对象直接进入老年代：超过 -XX:PretenureSizeThreshold 的对象直接进入老年代。
  3. 长期存活对象进入老年代：经历 15 次 Minor GC 后进入老年代（-XX:MaxTenuringThreshold）。
  4. 动态年龄判断：Survivor 区相同年龄对象大小总和 > Survivor 区一半，年龄 >= 该年龄的对象进入老年代。
  5. 空间分配担保：Minor GC 前检查老年代最大可用连续空间是否大于新生代所有对象总和。
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Contributors: hello0709