JVM 内存结构 + 对象分配详解（HotSpot 虚拟机，JDK 8 ~ 21+ 主流版本）
下面内容基于 HotSpot JVM（Oracle/OpenJDK 默认实现），2025–2026 年主流生产环境基本没有大变化（PermGen 已彻底移除，Metaspace 仍是常态）。
一、JVM 运行时数据区整体划分（线程共享 vs 线程私有）
JVM 内存主要分为以下几个逻辑区域：
| 区域名称 | 是否线程共享 | 生命周期 | 主要存储内容 | 可能抛出的 OOM 异常 | 是否会 GC |
|---|---|---|---|---|---|
| 程序计数器 (PC Register) | 私有 | 线程生命周期 | 当前线程执行的字节码指令地址（分支、循环、异常跳转等） | 几乎不会 OOM | 否 |
| Java 虚拟机栈 (VM Stack) | 私有 | 线程生命周期 | 栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等） | StackOverflowError / OOM | 否 |
| 本地方法栈 (Native Method Stack) | 私有 | 线程生命周期 | native 方法（JNI 调用 C/C++）的栈帧 | StackOverflowError / OOM | 否 |
| Java 堆 (Heap) | 共享 | JVM 启动 ~ 关闭 | 几乎所有对象实例、数组 | OutOfMemoryError: Java heap space | 是（重点 GC 区域） |
| 元空间 (Metaspace) | 共享 | JVM 启动 ~ 关闭 | 类元数据、方法字节码、常量池、符号引用、注解等 | OutOfMemoryError: Metaspace | 是（Full GC 时可能回收） |
| 直接内存 (Direct Memory) | — | — | NIO ByteBuffer.allocateDirect() 分配的 off-heap 内存 | OutOfMemoryError: Direct buffer memory | 否（手动或 GC 间接回收） |
最核心一句话记忆：
- 线程私有：程序计数器 + 虚拟机栈 + 本地方法栈（每个线程一份，互不干扰）
- 线程共享：堆 + 元空间（所有线程可见，GC 主要发生在这里）
二、HotSpot JVM 堆内存详细布局（分代 + G1 时代主流视图）
现代 HotSpot（JDK 8+）默认使用 分代思想，但具体收集器不同，物理布局有差异。
1. 最经典的分代布局（Parallel / CMS 时代常见）
Heap
├── Young Generation（新生代） ≈ 1/3 heap
│ ├── Eden（伊甸园） ≈ 8/10 young
│ └── Survivor（幸存者区）×2 From / To 各 ≈ 1/10 young
└── Old Generation（老年代 / 养老区） ≈ 2/3 heap- Eden：几乎所有 new 对象最先在这里分配
- Survivor：经过 Minor GC 后仍存活的对象进入这里（复制算法），默认比例 Eden:From:To = 8:1:1
- Old：经历多次 Minor GC 仍存活（年龄阈值默认 15，可调 -XX:MaxTenuringThreshold）或大对象直接进入
2. G1 收集器时代（JDK 9+ 默认，2025–2026 生产主流）
G1 已经取消严格的连续 Young/Old 区域，而是把整个堆切成很多个 Region（默认 2048 个，可调）：
- 每个 Region 大小固定（1MB ~ 32MB，堆越大 Region 越大）
- 同一个时刻，Region 可以动态扮演以下角色：
- Eden Region
- Survivor Region
- Old Region
- Humongous Region（超大对象 > 50% Region 大小）
- Young GC 只回收 Eden + Survivor Region
- Mixed GC 同时回收部分 Old Region
G1 内存布局示意（逻辑分代，物理碎片化）：
Heap → 很多个 Region（大小相等）
┌───────────────┐
│ Eden Regions │
├───────────────┤
│ Survivor Regs │
├───────────────┤
│ Old Regions │
├───────────────┤
│ Humongous Reg │ ← 大对象专用
└───────────────┘三、Java 对象创建 & 内存分配全过程（面试高频）
new 对象时 JVM 做了什么？（8 个步骤）
- 类加载检查
遇到 new 指令 → 先检查常量池中是否有该类的符号引用 → 如果没有则触发类加载（加载 → 链接 → 初始化） - 分配内存（核心步骤）
在堆中划出一块确定大小的内存给对象（对象大小在类加载后已知）。 分配方式两种（取决于堆是否规整）： 方式 适用收集器 堆是否规整 原理 并发安全解决方案 指针碰撞 Serial / ParNew 是 指针向空闲端移动 size 距离 TLAB（线程本地分配缓冲） 空闲列表 CMS / G1（部分情况） 否 从空闲列表中找一块足够大的空间 CAS + 失败重试 TLAB（Thread Local Allocation Buffer） 是 HotSpot 解决并发分配的优化：
- 每个线程在 Eden 预先申请一块私有缓冲区
- 线程内分配直接在 TLAB 上指针碰撞（无锁）
- TLAB 用完再去 Eden 申请新的一块（仍需同步）
- 初始化零值
分配的内存空间（对象头除外）全部置为零值（保证字段不赋初值也能用） - 设置对象头
- Mark Word（hashCode、GC 分代年龄、锁状态等）
- Klass Pointer（指向类元数据）
- （数组才有）数组长度
- 执行 方法（构造器）
按照代码顺序执行父类构造 → 成员变量显式赋值 → 构造代码块 → 构造方法体
四、对象分配的“特殊规则”（面试加分项）
- 大对象直接进老年代
-XX:PretenureSizeThreshold=（默认 0）
大于这个值的对象直接分配到老年代（避免在 Survivor 来回复制） - 动态年龄判定（Survivor 区晋升老年代规则）
如果 Survivor 空间中相同年龄的所有对象大小总和 > Survivor 空间的一半（默认 50%，-XX:TargetSurvivorRatio），年龄 >= 该年龄的对象直接晋升老年代 - 长期存活的对象进入老年代
默认经历 15 次 Minor GC 后晋升（-XX:MaxTenuringThreshold=15） - 空间分配担保
Minor GC 前，老年代最大可用连续空间 < 新生代所有对象总大小 → 提前 Full GC
五、快速记忆口诀（面试背诵版）
内存结构口诀：
“程栈本堆元，私私私共共”
程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈（私有）
堆、元空间（共享）
堆内布局口诀（分代时代）：
“新生伊甸幸存俩，老年养老养老家”
对象分配口诀：
“先查类加载 → 指针碰撞或空闲列表 → TLAB 加速 → 零值填充 → 对象头 → 构造执行”
晋升老年代三板斧：
大 → 直接老
老 → 年龄阈值（默认 15）
多 → 动态年龄判定（同龄 > Survivor/2）
希望这篇能让你对 JVM 内存结构 + 对象分配有清晰的整体认知。
下一期想看哪个方向？
- GC 算法详解（Serial / Parallel / CMS / G1 / ZGC / Shenandoah）
- OOM 常见场景 & 定位思路
- 常用 JVM 参数实战调优
- 对象头 MarkWord 详细位图
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