一、概述
理解JVM内存管理的核心设计思想，掌握内存区域的划分原理、对象生命周期与内存溢出（OOM）的根本原因及排查方法。第二章主要是围绕Java虚拟机的运行时数据区展开，详细介绍了Java虚拟机在运行Java程序时，如何分配和管理内存空间。
二、运行时数据区详解
1. 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（分支、循环、跳转等依赖此区域），是一块很小的内存空间。
特性：
线程私有，生命周期与线程绑定。
唯一无OOM的区域（无垃圾回收，无内存溢出）。
2. Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）
核心功能：存储栈帧（Frame），每个方法调用对应一个栈帧的入栈与出栈。
栈帧结构：
局部变量表：存放方法参数和局部变量（基本类型、对象引用）。
操作数栈：执行字节码指令的工作区（如加减乘除、方法调用）。
动态链接：指向运行时常量池的方法引用。
方法返回地址：方法正常退出或异常退出的地址。
异常场景：
StackOverflowError：线程请求栈深度超过虚拟机限制（如无限递归）。
OutOfMemoryError：虚拟机栈动态扩展时无法申请足够内存（如大量线程并发）。
🔍 参数调优：
-Xss1m # 设置线程栈大小为1MB（默认值依赖操作系统，Linux通常为1MB）
3. 本地方法栈（Native Method Stack）
功能：为Native方法（如C/C++实现的方法）服务。
异常：与Java虚拟机栈类似，可能抛出StackOverflowError和OOM。
4. Java堆（Java Heap）
核心角色：所有对象实例和数组的存储区域，GC主战场。
分代设计：
新生代（Young Generation）：Eden区 + 2个Survivor区（默认比例8:1:1）。
老年代（Old Generation）：长期存活对象晋升至此。
异常场景：
OutOfMemoryError: Java heap space：堆内存不足（内存泄漏或堆容量不足）。
🔍 参数调优：
-Xms4g -Xmx4g # 初始堆=最大堆（避免动态扩容引发性能波动） -XX:NewRatio=2 # 老年代与新生代比例（2表示老年代:新生代=2:1）
5. 方法区（Method Area）
存储内容：类元信息（类名、字段、方法）、运行时常量池、静态变量、JIT编译后的代码。
演进历史：
JDK7及之前：永久代（PermGen），易引发OOM。
JDK8+：元空间（Metaspace），使用本地内存，动态扩展。
异常场景：
OutOfMemoryError: Metaspace：类加载过多（如动态生成类、反射滥用）。
🔍 参数调优：
-XX:MetaspaceSize=256m # 初始元空间大小 -XX:MaxMetaspaceSize=512m # 最大元空间大小（默认无限制，依赖系统内存）
6. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）
功能：存放编译期生成的字面量与符号引用（如字符串常量）。
与字符串常量池关系：JDK7+将字符串常量池移至堆中，避免永久代OOM。
7. 直接内存（Direct Memory）
定义：通过
ByteBuffer.allocateDirect()分配的堆外内存，不受JVM堆限制。异常场景：
OutOfMemoryError：直接内存超过
-XX:MaxDirectMemorySize限制。
三、对象生命周期与内存溢出实战
1. 对象创建流程
类加载检查：检查类是否已被加载、解析和初始化。
分配内存：
指针碰撞（堆内存规整时使用，如Serial、ParNew）。
空闲列表（堆内存不规整时使用，如CMS）。
初始化零值：对象字段赋默认值（如int=0，boolean=false）。
设置对象头：存储对象哈希码、GC分代年龄、锁状态等元数据。
执行
<init>方法：构造函数初始化（Java代码层面）。
2. 内存溢出（OOM）场景与排查
| OOM类型 | 原因分析 | 排查工具 |
|---|---|---|
| Java heap space | 对象数量超过堆容量或内存泄漏 | MAT、JProfile分析堆转储文件 |
| Metaspace | 动态生成类过多（如CGLib代理） | JVM参数限制，检查类加载器 |
| Unable to create thread | 线程数过多，栈总内存超过系统限制 | jstack分析线程栈，减少线程数 |
| Direct buffer memory | 直接内存分配过多（NIO使用不当） | -XX:MaxDirectMemorySize调整 |
🔧 实战案例：模拟堆内存溢出
public class HeapOOM {
public static void main(String[] args) {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
list.add(new byte[1024 * 1024]); // 持续分配1MB数组
}
}
}
输出：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
排查步骤：
添加JVM参数：
-Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError（生成堆转储文件）。使用MAT（Memory Analyzer Tool）分析
java_pid<pid>.hprof文件，查找大对象或GC Roots引用链。
四、本章核心总结
内存区域划分：线程私有（栈、程序计数器）与线程共享（堆、方法区）。
对象生命周期：从分配到回收，依赖GC算法与内存区域特性。
OOM本质：内存区域容量不足或对象无法回收（内存泄漏）。
调优核心：根据应用类型（高吞吐、低延迟）选择GC算法，合理设置内存参数。
五、高频面试题
JVM哪些区域是线程共享的？哪些是线程私有的？
共享：堆、方法区。
私有：虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。
如何判断一个对象是否可以回收？可达性分析中的GC Roots有哪些？
GC Roots包括：虚拟机栈中的局部变量、静态变量、JNI引用等。
元空间（Metaspace）与永久代（PermGen）的区别是什么？
元空间使用本地内存，动态扩展；永久代受JVM堆大小限制。
StackOverflowError和OutOfMemoryError在栈内存中的区别？
StackOverflowError：栈深度超过限制（代码问题）。
OutOfMemoryError：栈扩展时内存不足（系统资源问题）。