JVM基本知识（一）：内存结构与对象管理

星辰逐梦2026/5/17大约 7 分钟

导语：本系列是 JVM 的「知识地图」，不讲题、只搭骨架，帮你先把整体轮廓立起来。第一篇回答两个最基础的问题：JVM 把内存分成了哪几块？一个对象从 new 到住进堆里，经历了什么？ 看完再翻后面的面试题系列，会顺很多。

一、一张图看懂 JVM 内存

JVM 的内存可以粗暴地分成三类：线程私有、线程共享，以及一块不属于运行时数据区的直接内存。

看图要点：

为什么线程私有：程序计数器记录执行到哪条字节码、虚拟机栈保存方法调用链，这些都是「每个线程各有一份」的执行状态，因此必须私有；
程序计数器是唯一不会 OOM 的区域（执行 native 方法时值未定义，仅此而已）；
虚拟机栈内部是栈帧：局部变量表（方法参数与局部变量）、操作数栈（计算的工作区）、动态链接、方法返回地址。栈太深报 StackOverflowError（如无限递归），栈太多（线程太多）报 unable to create new native thread；
堆是最大的一块，也是 GC 的主战场；方法区存类元信息、运行时常量池等，JDK 8 起由元空间实现，改用本机内存。

这块区域是面试最爱挖的点，因为它「改过名、搬过家」：

JDK 版本	方法区的实现	位置	相关参数
JDK 6 及之前	永久代 PermGen	堆内	`-XX:PermSize` / `-XX:MaxPermSize`
JDK 7	永久代（部分搬迁）	堆内	字符串常量池、静态变量已移到堆
JDK 8 及之后	元空间 Metaspace	本机内存	`-XX:MetaspaceSize` / `-XX:MaxMetaspaceSize`

记忆：「方法区」是规范里的逻辑区域，永久代/元空间都只是它的实现。所以「JDK 8 把方法区移到了本地内存」这种说法不严谨，准确说法是「JDK 8 用元空间替代永久代来实现方法区」。

堆不是一整块，而是按对象「寿命」切成了新生代和老年代——因为绝大多数对象朝生夕死，把它们堆在一起回收效率最高。

看图要点：

Eden 满就触发 Minor GC（也叫 Young GC）：用复制算法把存活对象搬到一块空的 Survivor，其余整体清空，所以新生代回收又快又干净；
两个 Survivor 交替使用，同一时刻总有一块是空的，专门用来「装下一轮存活的」；
对象不是永远待在新生代的——每熬过一次 Minor GC 年龄就 +1，够老就晋升老年代；
分代只是 HotSpot 的实现选择，不是 JVM 规范的强制要求，这也为 G1 的 Region 化留出了空间。

new 一行代码，JVM 背后要做五件事。关键在「分配内存」这一步——多线程同时分配，怎么保证不冲突？

看图要点：

TLAB（Thread Local Allocation Buffer） 是 HotSpot 给每个线程在 Eden 里预留的一小块私有缓冲，对象优先在这里分配，完全不需要加锁，这是 JVM 分配性能的关键优化，默认开启；
TLAB 用完 → 申请新的 TLAB；再不行 → 退回共享 Eden 用 CAS 争抢；最后还是不行 → 触发 Minor GC；
零值初始化保证了「字段没写也有默认值」（int 为 0、引用为 null），<init> 才按代码赋值；
对象头是在构造方法之前设置的，这一点是 DCL 单例必须加 volatile 的根因——引用可能先于字段初始化被其他线程看到。

看图要点：

Mark Word 是「一物多用」的样板：同一块 8 字节，随锁状态在「哈希码 + GC 年龄 + 偏向标志」「偏向线程 ID」「锁记录指针」「Monitor 指针」之间切换。它同时承担了 GC 和锁两件事，这也是并发篇里锁升级的物理基础；
类型指针指向方法区的类元数据（HotSpot 用该指针就能定位类信息），开启指针压缩时 4 字节；
数组对象会在对象头多出 4 字节的数组长度；
为什么按 8 字节对齐：一方面让对象引用可以用「地址 / 8」压缩到 32 位（即指针压缩，堆 32G 内默认开启），另一方面避免跨缓存行访问。

分配不是只有 Eden 一个选项，JVM 会按对象的大小和存活情况分流。

看图要点：

大对象直接进老年代：-XX:PretenureSizeThreshold 控制（仅 Serial / ParNew 生效）。G1 是另一套机制——超过 Region 一半的对象称为 Humongous，会占用连续的专门 Region；
动态年龄判定：不必等年龄攒够 15 岁，只要 Survivor 中同龄对象总和超过一半，就可能提前晋升——这是「为什么对象晋升得比预期快」的常见答案；
空间分配担保：Minor GC 前，JVM 会检查老年代最大可用连续空间是否装得下新生代所有对象，装不下还要看是否大于历次晋升的平均大小，否则直接改做 Full GC；
实际分配位置由 JVM 决定：JIT 的逃逸分析可以把未逃逸的对象「打散」成标量（标量替换），根本不产生对象实例，这也是「对象一定分配在堆上吗」的标准答案。

区域	私有/共享	存什么	异常	关键参数
程序计数器	私有	当前字节码指令地址	无	—
虚拟机栈	私有	栈帧（局部变量表、操作数栈）	`StackOverflowError`	`-Xss`
本地方法栈	私有	native 方法栈帧	同上（HotSpot 与虚拟机栈合并）	`-Xss`
堆	共享	对象实例、数组	`OOM: Java heap space`	`-Xms` / `-Xmx` / `-XX:NewRatio`
方法区（元空间）	共享	类元信息、运行时常量池	`OOM: Metaspace`	`-XX:MaxMetaspaceSize`
直接内存	不在规范内	NIO 缓冲区	`OOM: Direct buffer memory`	`-XX:MaxDirectMemorySize`

下一篇：《JVM基本知识（二）》讲垃圾回收——怎么判断对象已死、三种回收算法、分代回收流程，以及收集器从 Serial 到 ZGC 的演进主线。