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HotSpot JVM 在运行期划分为程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区以及运行时常量池等区域。理解各区域的职责有助于定位内存泄漏、堆外溢出与线程问题。

运行时数据区#

  • 程序计数器 (PC Register)：每个线程私有，记录当前字节码指令地址，保证线程切换后恢复执行位置。
  • Java 虚拟机栈：存储栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址）。递归过深会触发 StackOverflowError。
  • 本地方法栈：为 Native 方法服务，HotSpot 与虚拟机栈共享实现。
  • 堆：线程共享，主要存放对象实例；采用分代管理（年轻代 + 老年代）。
  • 方法区（JDK 8 起为 Metaspace）：存放类元数据、运行时常量池等。JDK 8 把方法区搬至本地内存，避免 PermGen 易溢出问题。

对象生命周期#

  1. 创建：类加载完成后，通过 new、反射、clone、反序列化等方式分配堆内存。
  2. 存活判定：GC Root 可达性算法；引用分为强、软、弱、虚四类。
  3. 回收触发：Minor GC 回收新生代；Major/Full GC 回收老年代与方法区。
  4. 内存分配策略：TLAB 分配减少同步；大对象直接进入老年代；长期存活对象晋升老年代。

调优关键点#

  • 年轻代比例：通过 -XX:NewSize / -XX:MaxNewSize 控制，适合对象生命周期短的服务。
  • Survivor 区：-XX:SurvivorRatio 影响 S0/S1 大小，调优对晋升失败尤为关键。
  • Metaspace：-XX:MetaspaceSize 与 -XX:MaxMetaspaceSize 控制类元数据容量。
  • 逃逸分析：JIT 通过逃逸分析将对象分配在栈或进行标量替换。

常见问题排查#

  • OutOfMemoryError: Java heap space：堆不足或内存泄漏；可使用 jmap -dump、MAT 分析。
  • OutOfMemoryError: Metaspace：大量动态生成类或未释放的 ClassLoader。
  • StackOverflowError：递归深度过大，检查递归终止条件。

工具组合#

  • jmap, jstack, jcmd 查看堆与线程状态；
  • Java Flight Recorder 搭配 Mission Control 分析内存与 GC 事件；
  • jvisualvm、Async-profiler 辅助定位热点。

参考资料#

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