JVM 篇1：Java 内存结构 + 对象分配全流程理解（HotSpot 视角，JDK 8~21 适用）
Java 程序运行时，JVM 会把内存划分为多个区域来管理数据。这些区域有线程私有和线程共享之分。
一、JVM 运行时数据区（Runtime Data Areas）概览
线程私有（每个线程独立一份，互不干扰）：
- 程序计数器（Program Counter Register）
- Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）
- 本地方法栈（Native Method Stack）
线程共享（所有线程共用）：
- 堆（Heap）
- 方法区（Method Area） → JDK8+ 叫 元空间（Metaspace）
非运行时数据区，但也常提到：
- 直接内存（Direct Memory） → NIO 使用
简明对比表（JDK8+ 主流 HotSpot 实现）
| 区域 | 归属 | 主要存储内容 | 是否会 OOM | 是否会被 GC |
|---|---|---|---|---|
| 程序计数器 | 线程私有 | 当前线程执行的字节码指令地址 | 不会 | 否 |
| 虚拟机栈 | 线程私有 | 栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接等） | 会（StackOverflowError / OOM） | 否 |
| 本地方法栈 | 线程私有 | native 方法的栈帧 | 同上 | 否 |
| 堆 | 线程共享 | 对象实例、数组（几乎全部对象） | 会（OOM） | 是（主战场） |
| 方法区（元空间） | 线程共享 | 类信息、常量、静态变量、JIT 编译代码 | 会（OOM） | 是（JDK8+） |
| 直接内存 | 非 JVM 管 | NIO ByteBuffer 分配的 off-heap 内存 | 会（OOM） | 否 |
二、每个区域详细说明
- 程序计数器（最小的内存区域）
- 记录当前线程正在执行的字节码指令地址
- 唯一一个不会出现 OOM 的区域
- 线程切换时靠它恢复执行位置
- 如果执行 native 方法，则计数器值为空（undefined）
- Java 虚拟机栈
- 线程私有，生命周期与线程相同
- 每调用一个方法，就压入一个栈帧（Stack Frame）
- 栈帧包含：
- 局部变量表（基本类型、对象引用）
- 操作数栈
- 动态链接（指向方法区中的方法引用）
- 方法返回地址
- 常见异常：
- StackOverflowError：栈深度超出（递归太深）
- OutOfMemoryError：栈扩展失败（极少见，-Xss 很小）
- 本地方法栈
- 与虚拟机栈功能类似，但服务于 native 方法（JNI 调用 C/C++）
- HotSpot 中很多实现把本地方法栈和虚拟机栈合二为一
- 堆（Heap） —— GC 主战场
- 存放几乎所有对象实例和数组
- 线程共享，JVM 启动时创建
- 分代（主流分代假设：大多数对象朝生夕死） HotSpot 典型分代结构（G1/ZGC 前主流）
堆 Heap
├─ 新生代 Young Generation（1/3 左右）
│ ├─ Eden（8/10）
│ └─ Survivor（From + To，各 1/10）
└─ 老年代 Old Generation（2/3 左右）- 新对象 → Eden
- 经过 Minor GC 仍存活 → Survivor（复制算法）
- 多次 GC 仍存活（默认 15 次）→ 老年代
- 大对象（-XX:PretenureSizeThreshold）可直接进老年代
- 方法区（Metaspace）
- JDK7 及之前：永久代（PermGen），容易 OOM
- JDK8+：元空间，使用本地内存（直接内存），由操作系统管理
- 存储：
- 已加载的类信息（字段、方法、构造器）
- 运行时常量池（字面量 + 符号引用）
- 静态变量
- JIT 编译后的代码缓存
三、Java 对象创建 & 内存分配全流程（new 一个对象发生了什么）
new Person() 完整过程（HotSpot 视角）：
- 类加载检查
- 检查常量池中是否有 Person 类的符号引用
- 如果没有 → 触发类加载（加载 → 链接 → 初始化）
- 分配内存（最核心步骤）
- 在堆上为新生对象分配一块确定大小的内存
- 两种分配方式（取决于堆是否规整）：
- 指针碰撞（Pointer Bumping）：Serial、ParNew、CMS 等带压缩的收集器
- 堆规整 → 用一个指针记录已用边界 → 分配就是指针后移
- 空闲列表（Free List）：CMS 不压缩、标记-清除收集器
- 堆不规整 → 维护空闲块列表 → 从列表中挑一块合适大小
- 每个线程在 Eden 区预先分配一块小空间（默认几 KB）
- 线程内分配直接在 TLAB 上指针碰撞（无锁）
- TLAB 用完再去 Eden 申请新 TLAB
- 极大提升并发分配效率（-XX:+UseTLAB 默认开启）
- 初始化零值
- 给对象的所有字段赋零值（int=0, Object=null 等）
- 保证对象在构造方法执行前字段有合法初始值
- 设置对象头
- Mark Word（标记字段）：哈希码、GC 分代年龄、锁状态、偏向线程 ID 等
- Klass Pointer（类型指针）：指向方法区中该类的元数据
- （可选）数组长度（如果是数组对象）
- 执行构造方法 ()
- 按照代码顺序执行父类构造 → 子类构造
- 字段显式赋值、初始化块、构造方法体
总结流程图（文字版）
new Person()
↓
检查常量池 → 无符号引用 → 触发类加载
↓
堆上分配内存（TLAB → 指针碰撞 / 空闲列表）
↓
内存空间清零（零值初始化）
↓
设置对象头（Mark Word + Klass Pointer）
↓
执行 <init>() → 父类构造 → 子类构造
↓
返回对象引用四、常见面试/实战问题快速对应
- 为什么大多数对象在新生代 Eden 分配？
→ 弱代假说：朝生夕死 → Minor GC 回收快 - 大对象为什么直接进老年代？
→ 避免在 Survivor 区来回复制，浪费性能（-XX:PretenureSizeThreshold） - TLAB 是什么？为什么重要？
→ 线程本地分配缓冲 → 避免并发分配时的 CAS 开销 - JDK8 为什么把永久代换成元空间？
→ 永久代大小固定 → 容易 OOM；元空间用本地内存 → 更灵活 - 堆内存 OOM 常见场景？
- 集合无限 add 对象
- 缓存无淘汰策略
- 大对象数组
- 内存泄漏（ThreadLocal 未 remove）
五、快速记忆口诀
- 私有：计栈本地（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈）
- 共享：堆元（堆 + 方法区/元空间）
- 对象出生：Eden → TLAB 指针碰撞 → 零值 → 对象头 →
- 新生代：Eden 8 : Survivor 1 : Survivor 1
- 元空间：JDK8+ 本地内存，不再是永久代
有想深入的点（例如：TLAB 详细参数、对象头 Mark Word 位图、G1/ZGC 下的分配差异、逃逸分析与栈上分配等），可以告诉我，我继续展开讲解！
