JVM（Java虚拟机）运行时数据区

JVM（Java虚拟机）运行时数据区由多个部分组成，每个部分都有其特定的目的和功能。以下是各个内存区域的详细说明：

1. 方法区（Method Area）：

   • 方法区是所有线程共享的一部分内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

   • 在HotSpot虚拟机中，方法区的具体实现形式为永久代（PermGen，在Java 7及之前版本）或元空间（Metaspace，在Java 8及之后版本）。当方法区需要的空间超过其允许的最大值时，会抛出OutOfMemoryError。

   • 推荐配置

     • 普通web应用

       -XX:MetaspaceSize=128m -XX:MaxMetaspaceSize=256m
       

     • 大型微服务或中间件

       -XX:MetaspaceSize=256m -XX:MaxMetaspaceSize=512m
       

     • 动态类生成较多的应用

       -XX:MetaspaceSize=512m -XX:MaxMetaspaceSize=1024m
       

     🛠 如何确定合适的大小？

     开启 GC 日志，观察是否有 Metaspace 相关的 Full GC 或扩容，如果频繁出现：

     [GC (Metadata GC Threshold) ...]
     [Full GC (Metadata GC Threshold) ...]
     

     说明 Metaspace 快满了，需要扩容或设置更大的上限。

   • ❗ 常见问题

     问题	原因	解决方案
     java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace	元空间耗尽	设置 -XX:MaxMetaspaceSize 并适当调大
     频繁 Full GC 因 Metaspace 触发阈值	MetaspaceSize 太小	提高 -XX:MetaspaceSize
     类加载器泄漏导致元空间持续增长	ClassLoader 未正确释放	检查动态类加载逻辑，避免内存泄漏

2. Java堆（Heap）：

   • Java堆也是被所有线程共享的一块内存区域，它是垃圾收集器管理的主要区域，几乎所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。
   • 堆分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），其中新生代又分为Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间。如果堆内没有足够的空间完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError。

3. 程序计数器（Program Counter Register）：

   • 程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。每个线程都有它自己的程序计数器，这是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
   • 如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址；如果正在执行的是本地方法，则计数器的值为空（undefined）。

4. Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：

   • 同样地，每个线程都有私有的Java虚拟机栈，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
   • 每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。此区域可能会抛出两种异常：
     • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度（由 -Xss 参数控制，默认一般为 1MB 左右），将抛出StackOverflowError。
     • 如果虚拟机栈可以动态扩展，而在尝试扩展时无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，将会抛出OutOfMemoryError。

5. 本地方法栈（Native Method Stack）：

   • 本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。
   • 在一些虚拟机实现中（如Sun HotSpot），直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。同样，本地方法栈也可能抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError错误。

这些内存区域共同协作来支持Java应用程序的运行，每一个部分都承担着不同的职责，确保了程序能够高效稳定地执行。程序计数器由于其特殊的设计目的和使用方式，是唯一不会出现OutOfMemoryError的内存区域。