JVM（Java虚拟机）内存模型定义了Java程序在运行时的内存结构和行为。它不仅是Java程序运行的基础，也是理解垃圾回收、多线程和性能调优的关键。

JVM内存模型的核心组成部分

方法区（Method Area）

  • 作用：存储类的元数据（如类名、方法信息、字段信息、常量池等）;

  • 特点

    • 所有线程共享；

    • 在JDK 8之前，方法区通过永久代（PermGen）实现；在JDK 8及之后，方法区被元空间（Metaspace）取代。

  • 相关参数

    • -XX:MetaspaceSize：初始元空间大小；

    • -XX:MaxMetaspaceSize：最大元空间大小。

堆（Heap）

  • 作用：存储对象实例和数组；

  • 特点

    • 所有线程共享；

    • 是垃圾回收的主要区域；

    • 分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）：

      • 新生代：存放新创建的对象，分为Eden区、Survivor区（From和To）；

      • 老年代：存放长期存活的对象。

  • 相关参数

    • -Xms：初始堆大小；

    • -Xmx：最大堆大小；

    • -XX:NewRatio：新生代与老年代的比例；

    • -XX:SurvivorRatio：Eden区与Survivor区的比例。

栈（Stack）

  • 作用：存储方法的局部变量、操作数栈、动态链接和方法返回值;

  • 特点

    • 每个线程独享一个栈；

    • 栈帧（Stack Frame）是栈的基本单位，每个方法调用对应一个栈帧。

  • 相关参数

    • -Xss：设置线程栈的大小。

本地方法栈（Native Method Stack）

  • 作用：支持Native方法（如C/C++代码）的执行；

  • 特点

    • 与栈类似，但专门用于Native方法。

程序计数器（Program Counter Register）

  • 作用：记录当前线程执行的字节码指令地址；

  • 特点

    • 每个线程独享一个程序计数器；

    • 如果执行的是Native方法，程序计数器的值为空（Undefined）。

JVM内存模型的工作机制

对象的创建与回收

  • 对象创建

    • 对象通常在新生代的Eden区分配；

    • 如果Eden区空间不足，会触发Minor GC。

  • 对象晋升

    • 经过多次Minor GC后仍然存活的对象会被晋升到老年代。

  • 垃圾回收

    • 新生代使用复制算法（Copying）；

    • 老年代使用标记-清除（Mark-Sweep）或标记-整理（Mark-Compact）算法。

方法调用与栈帧

  • 方法调用

    • 每次方法调用都会创建一个栈帧，栈帧包含局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址。

  • 方法返回

    • 方法执行完成后，栈帧被销毁，程序计数器恢复到调用者的位置。

多线程与内存模型

  • 线程私有区域

    • 每个线程独享栈、本地方法栈和程序计数器。

  • 线程共享区域

    • 堆和方法区是所有线程共享的，需要同步机制来保证线程安全。

实例

以下是一个常见的JVM参数设置示例：

java -Xms512m -Xmx2g -Xss256k -XX:MetaspaceSize=128m -XX:MaxMetaspaceSize=256m -XX:+UseG1GC -jar app.jar

  • -Xms512m：初始堆大小为512MB；

  • -Xmx2g：最大堆大小为2GB；

  • -Xss256k：每个线程的栈大小为256KB；

  • -XX:MetaspaceSize=128m：初始元空间大小为128MB；

  • -XX:MaxMetaspaceSize=256m：最大元空间大小为256MB；

  • -XX:+UseG1GC：启用G1垃圾回收器。