Java虚拟机(JVM)的内存模型定义了Java程序在运行时的内存结构和管理方式。JVM的内存分为以下几个区域:
- 程序计数器(Program Counter Register): 每个线程都有一个程序计数器,用于指示当前线程执行的字节码指令地址。在多线程环境下,程序计数器是线程私有的,不存在线程安全问题。当线程执行Java方法时,程序计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址。如果是本地(Native)方法,程序计数器的值为undefined。
- Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks): 每个线程在创建时都会被分配一个栈,用于存储局部变量、方法参数、部分中间结果和调用其他方法时的返回地址。栈是线程私有的,因此不存在线程安全问题。栈帧(Stack Frame)包含了局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址等信息。
- 本地方法栈(Native Method Stacks): 与虚拟机栈类似,但用于执行本地方法(Native Method)。
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Java堆(Java Heap): Java堆是Java虚拟机管理的最大的一块内存区域,用于存储对象实例。堆是所有线程共享的区域,是垃圾收集器管理的主要区域,主要分为新生代和老年代。
- 新生代(Young Generation): 新创建的对象首先被分配在新生代。新生代一般分为三个区域:Eden区和两个Survivor区(通常是S0和S1)。大多数对象在新生代被快速回收,只有少数会晋升到老年代。
- 老年代(Old Generation): 存放长生命周期的对象,从新生代晋升过来的对象以及大对象。老年代的垃圾回收次数较新生代少,但每次垃圾回收的时候可能会耗费较长的时间。
- 方法区(Method Area): 也叫永久代(Permanent Generation),用于存储类的元数据、静态变量、常量池等信息。在Java 8及之后的版本中,元空间(Metaspace)替代了永久代,用于存储类的元数据。
- 运行时常量池(Runtime Constant Pool): 方法区的一部分,用于存储编译时生成的各种字面量和符号引用。
- 直接内存(Direct Memory): 不是JVM运行时数据区的一部分,但也经常被提及。直接内存是通过NIO的ByteBuffer分配的,使用Native函数库直接分配堆外内存,它的大小不受JVM堆大小限制,但受操作系统的限制。
这些区域共同构成了Java虚拟机的内存模型,不同的区域有着不同的作用和生命周期。垃圾收集器主要在新生代和老年代进行工作,以确保内存的有效利用和垃圾的及时回收。
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