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JVM内存模型_Java虚拟机内存模型核心概念解析

煙雲

煙雲

发布时间:2026-01-12 17:56:43

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来源于php中文网

原创

JVM内存模型指运行时数据区的物理划分与生命周期管理,含堆(线程共享、存对象实例、GC管理)、Java栈(线程私有、存局部变量和引用)、方法区(JDK8+为元空间、存类信息)、直接内存(堆外、NIO使用)。

jvm内存模型_java虚拟机内存模型核心概念解析

Java虚拟机内存模型(JVM Memory Model)不是指硬件层面的内存模型(如x86或JSR-133定义的Java内存模型JMM),而是描述JVM运行时数据区的**物理划分与生命周期管理机制**。混淆这两者是绝大多数人踩坑的起点。

堆(Heap)是唯一被所有线程共享的运行时内存区域

堆用于存放对象实例和数组,由垃圾收集器(GC)统一管理。它不存储局部变量、方法参数或字面量——这些在或方法区中。

  • OutOfMemoryError: Java heap space 表示堆已满且无法扩展或回收,常见于缓存未设上限、大对象集合长期持有引用
  • 堆大小通过 -Xms(初始)和 -Xmx(最大)控制;二者设为相同值可避免GC时动态扩容带来的停顿抖动
  • G1、ZGC等现代收集器虽支持分代逻辑,但堆本身仍是连续逻辑空间,new Object() 总是在堆上分配(逃逸分析优化除外)

Java栈(Java Virtual Machine Stack)按线程隔离,每个方法调用对应一个栈帧

栈帧包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。局部变量表索引从0开始,this 引用(非静态方法)总在位置0,接着是方法参数,再是方法内声明的变量。

  • StackOverflowError 通常源于无限递归或过深的方法调用链,而非栈内存不足;可通过 -Xss 调整单个线程栈大小,但治标不治本
  • 基本类型(intboolean 等)和对象引用存于栈帧中,但对象本身仍在堆上
  • 栈内存不参与GC,方法退出即自动释放对应栈帧,无引用计数或标记过程

方法区(Method Area)在JDK 8+中由元空间(Metaspace)实现

方法区存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码。JDK 7及以前用永久代(PermGen),JDK 8起改用本地内存的元空间,不再受 -XX:MaxPermSize 限制。

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  • java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace 多见于频繁生成类(如大量使用CGLIB代理、热部署框架未清理旧类加载器)
  • 元空间默认无上限,但可通过 -XX:MaxMetaspaceSize 限制;-XX:MetaspaceSize 是触发首次GC的阈值,非初始分配大小
  • 字符串常量池在JDK 7后从永久代移到堆中,因此 String.intern() 不再导致永久代溢出,但可能加剧堆压力

直接内存(Direct Memory)不受JVM堆参数控制,却受系统资源制约

通过 ByteBuffer.allocateDirect() 分配的内存位于JVM堆外,由操作系统管理,常用于NIO高性能读写。它的生命周期不依赖GC,而是靠 Cleaner 或显式调用 Buffer.clear() / System.gc()(不推荐)间接释放。

  • OutOfMemoryError: Direct buffer memory 表示直接内存超限,默认上限为64MB(可通过 -XX:MaxDirectMemorySize 修改)
  • NIO通道(FileChannelSocketChannel)在使用直接缓冲区时性能更高,但泄漏风险也更高——忘记释放或未正确关闭通道会导致内存持续增长
  • JVM不会主动监控直接内存使用量,jstat -gc 不显示其占用,需结合 jcmd VM.native_memory summary 查看

真正难调试的不是“哪个区满了”,而是跨区域引用导致的隐性泄漏:比如静态集合持有了本该随线程结束而销毁的栈中对象引用,或者直接内存缓冲区被某个未关闭的通道长期强引用。这类问题往往要结合 jmap -histo、堆转储分析和 native memory tracking 才能定位。

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