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深入理解 JVM 内存

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堆内存

在 Java 程序执行过程中，Java 虚拟机将其在主内存中管理的内存划分为多个区域，每个区域存储不同类型的数据。内存空间中最大的一部分称为堆（Heap），它是 Java 虚拟机的运行时数据区，所有的实例和数组都存储在这里。

堆是在 Java 虚拟机启动时创建的，由所有线程共享，也是垃圾回收器的主要工作区域，因此这部分区域也称为堆内存或GC 堆。当垃圾回收器回收堆中的数据时，会扫描并清理通过 new 关键字创建的无用对象，释放内存，避免内存资源浪费。

为了提高垃圾回收的效率，堆内存进一步划分为年轻代、老年代和永久代。

JVM Heap

  • 年轻代：包括 Eden 区、SurvivorFrom 区和 SurvivorTo 区，用于存放新创建的对象。大多数新对象分配在 Eden 区（如果对象过大，则直接分配到老年代），年轻代的垃圾回收过程称为Minor GC。当 Eden 区内存不足时，会触发 Minor GC。

    Minor GC 开始前，对象只存在于 Eden 区和 SurvivorFrom 区；Minor GC 过程中，Eden 区和 SurvivorFrom 区中存活的对象会被移动到 SurvivorTo 区，年龄加 1，同时 Eden 区和 SurvivorFrom 区被清空；Minor GC 结束后，SurvivorFrom 区和 SurvivorTo 区的角色互换，下一次 Minor GC 时，SurvivorTo 区和 Eden 区中存活的对象会被移动到 SurvivorFrom 区，并计算对象年龄。当对象年龄达到 15 时，会被分配到老年代。

  • 老年代：也称为 Tenured 区，用于存放从年轻代存活下来的对象。老年代的垃圾回收过程称为Major GC。老年代存放更稳定的对象，不会频繁执行 Major GC。只有当新对象进入老年代导致空间不足，或者程序无法找到足够大的连续空间分配给新创建的大对象时，才会触发 Major GC。

    由于需要扫描和回收，Major GC 所需时间较长。Major GC 会产生内存碎片，当老年代也没有足够内存分配给新对象时，会抛出 OOM（Out of Memory）异常。

  • 永久代：也称为永久存储区，主要存储 Class 和 Meta（元数据）信息。在 Java 8 中，永久代被移除，取而代之的是 Metaspace 区。Metaspace 不在虚拟机内存中，而是使用本地内存，因此默认情况下，Metaspace 的大小仅受本地内存限制。

非堆内存

非堆内存指的是 Java 虚拟机堆外管理的内存区域，在 Java 虚拟机堆内存之外的内存区域分配一些对象实例，这些区域由操作系统直接管理（而非虚拟机管理），包括 Code Cache 区、Metaspace/永久代空间。

各区域说明如下表所示。

非堆内存区域说明
Code Cache用于编译和存储本地代码的区域。
Permanent Space存储虚拟机静态数据的区域，如类和方法对象。
Meta SpaceMetaspace，存储类元数据的本地内存区域。
Direct Buffer直接缓冲区区域。