哈嘍大家好，我是你們的老朋友小米，今年31歲，Java搬磚第10年，Bug修復(fù)無(wú)數(shù)，面試經(jīng)驗(yàn)滿滿。今天咱不講框架、不講中間件，我們來(lái)聊聊——JVM 內(nèi)存區(qū)域這個(gè)老生常談的面試題。

題目是這樣問(wèn)的：“請(qǐng)你說(shuō)一下 JVM 的主要組成部分以及各自的作用。”

看到這個(gè)問(wèn)題，我眼前一黑，腦子開(kāi)始高速回憶各種堆啊、棧啊、方法區(qū)啊……還真別說(shuō)，這問(wèn)題看似基礎(chǔ)，答起來(lái)真有點(diǎn)講究。

所以，今天我就來(lái)和大家聊聊，當(dāng)年我是怎么一步一步搞懂這道題，并順利在面試中脫穎而出的——順便，也讓你少走點(diǎn)彎路。

一個(gè)關(guān)于“卡殼”的故事

先說(shuō)說(shuō)我第一次被問(wèn)到這個(gè)問(wèn)題的場(chǎng)景。

那是一家特別講究“基礎(chǔ)扎實(shí)”的互聯(lián)網(wǎng)公司，面試官大叔不茍言笑，一開(kāi)口就問(wèn)：

“JVM的主要內(nèi)存區(qū)域有哪些？能說(shuō)下它們各自的作用嗎？”

我當(dāng)時(shí)一愣，“呃……堆、棧、方法區(qū)、程序計(jì)數(shù)器，還有本地方法棧？”

大叔點(diǎn)點(diǎn)頭：“繼續(xù)?！?/p>

我繼續(xù)：“嗯……堆是用來(lái)存放對(duì)象實(shí)例的，棧用來(lái)存放局部變量……方法區(qū)用來(lái)存放類信息……”

說(shuō)到這，我就卡殼了。

那個(gè)瞬間，空氣凝固了三秒鐘，我的腦門(mén)開(kāi)始冒汗。面試官嘆了口氣，說(shuō)：

“你還是回去好好復(fù)習(xí)一下《深入理解JVM》吧?！?/p>

那天我落荒而逃，回到家就開(kāi)始痛定思痛，打開(kāi)《深入理解Java虛擬機(jī)》，開(kāi)啟了長(zhǎng)達(dá)三晚的“Java內(nèi)存苦修”模式。

JVM 內(nèi)存結(jié)構(gòu)大揭秘

要搞懂 JVM 的內(nèi)存區(qū)域，先來(lái)認(rèn)識(shí)一下 JVM 的整體結(jié)構(gòu)（放心，不用背圖，我用故事講清楚）：

JVM 就像一個(gè)智能大管家，掌管著內(nèi)存的調(diào)配，分成幾個(gè)“分區(qū)”來(lái)處理不同的事兒。它的主要組成包括：

接下來(lái)我用一個(gè)比喻幫你理解。

用“咖啡師工作室”類比 JVM 內(nèi)存區(qū)域

想象 JVM 是一個(gè)咖啡店的工作室，里面有一位超級(jí)忙碌的咖啡師，他每天需要處理各種訂單、材料、配方和機(jī)器指令。我們把這些比喻一下：

1、程序計(jì)數(shù)器：你的“備忘小便簽”

每個(gè)咖啡師（線程）都會(huì)拿著一張便簽紙，寫(xiě)著他現(xiàn)在做到哪一步，比如“正在煮咖啡”，“正在加奶油”。這就是程序計(jì)數(shù)器——它記錄當(dāng)前線程正在執(zhí)行哪一行字節(jié)碼指令。

它是線程私有的，因?yàn)槊總€(gè)咖啡師做的事不一樣，不能共用便簽。

2、Java虛擬機(jī)棧：你的“工具箱”

每個(gè)咖啡師有一個(gè)工具箱，里面有當(dāng)前正在處理訂單的方法調(diào)用棧幀，裝著局部變量（杯子、糖、勺子）、返回地址等。

方法一調(diào)用，就入棧；方法一執(zhí)行完，就出棧。棧深不夠，就棧溢出了（StackOverflowError）。

3、本地方法棧：備用老設(shè)備

有時(shí)候需要用上古機(jī)器來(lái)完成任務(wù)，比如一個(gè)只能通過(guò)老式電話撥號(hào)器完成的任務(wù)，這些“非Java”的方法叫做本地方法（Native）。本地方法棧專門(mén)為它們服務(wù)。

4、堆：所有原材料的大倉(cāng)庫(kù)

你要制作一杯拿鐵，需要咖啡豆、牛奶、杯子等等，這些對(duì)象都統(tǒng)一放在堆里。

Java中所有對(duì)象實(shí)例和數(shù)組都放在堆里。JVM的垃圾回收器（GC）主要盯著這塊區(qū)域，及時(shí)回收用不到的原材料。

5、方法區(qū)（元空間）：配方手冊(cè)與規(guī)則存檔

這里是存儲(chǔ)類的結(jié)構(gòu)信息、方法、常量池、靜態(tài)變量的地方。以前叫方法區(qū)，JDK8之后移到了本地內(nèi)存中，叫元空間（Metaspace）。

每一塊區(qū)域的深度八卦

來(lái)，我們一個(gè)個(gè)深入聊聊它們到底“藏”了多少秘密。

1、程序計(jì)數(shù)器

• 非常小，但很重要。
• 如果線程切換，就靠它記錄上一次執(zhí)行的位置。
• 它是唯一一個(gè)不會(huì)內(nèi)存溢出的區(qū)域！

2、虛擬機(jī)棧

• 方法每調(diào)用一次，就生成一個(gè)棧幀。
• 局部變量表、操作數(shù)棧、方法返回地址等都在里面。
• 如果方法遞歸太深，可能會(huì)導(dǎo)致StackOverflowError。
• 如果棧擴(kuò)展失敗，則可能是OutOfMemoryError。

3、本地方法棧

• 用得少，但別小看。
• JNI調(diào)用C函數(shù)時(shí)就要靠它。
• 異常一般不容易發(fā)生，除非調(diào)用了大量 native 方法。

4、堆（Heap）

• Java內(nèi)存最大的一塊。
• 所有的 new 出來(lái)的對(duì)象都在這里。
• GC經(jīng)常掃它，有“新生代”“老年代”的分代概念。
• 如果對(duì)象太多來(lái)不及回收，就會(huì)出現(xiàn)OutOfMemoryError: Java heap space。

5、方法區(qū)（元空間）

• 存儲(chǔ)類元數(shù)據(jù)、常量池、靜態(tài)變量。
• JDK 8 之前叫永久代（PermGen），容易報(bào)OutOfMemoryError: PermGen space。
• JDK 8 之后改為元空間，直接用本地內(nèi)存，更靈活，但也可能爆OutOfMemoryError: Metaspace。

如何在面試中回答這個(gè)問(wèn)題？

回到那個(gè)面試官的問(wèn)題——“說(shuō)一下 JVM 的主要組成部分及其作用？”

我在第二次面試時(shí)，這樣回答的：

“JVM主要內(nèi)存結(jié)構(gòu)可以分為五大部分：

• 程序計(jì)數(shù)器（線程私有）：記錄字節(jié)碼指令執(zhí)行位置；
• Java虛擬機(jī)棧（線程私有）：存儲(chǔ)方法調(diào)用相關(guān)的棧幀、局部變量；
• 本地方法棧（線程私有）：調(diào)用native方法時(shí)使用；
• Java堆（線程共享）：存儲(chǔ)所有對(duì)象實(shí)例，是GC關(guān)注的重點(diǎn)；
• 方法區(qū)/元空間（線程共享）：保存類結(jié)構(gòu)、靜態(tài)變量、常量池等元信息。

其中，堆和方法區(qū)是線程共享的，其余是線程私有的。GC主要關(guān)注堆區(qū)，JDK8后永久代被元空間替代。”

大叔聽(tīng)完，點(diǎn)了點(diǎn)頭，說(shuō)：“這個(gè)問(wèn)題你答得挺清楚的。”

我心里那塊大石頭總算落地。

小結(jié)：一圖勝千言

最后我分享給大家一個(gè)總結(jié)圖：

圖片

記住關(guān)鍵點(diǎn)：線程共享 vs 線程私有、GC關(guān)注堆、JDK8 改了方法區(qū)……

END

那場(chǎng)失敗的面試，曾讓我對(duì) JVM 的印象變得“又怕又恨”。但現(xiàn)在回頭看，它成了我技術(shù)成長(zhǎng)的分水嶺。

如果你也曾在 JVM 面前崩潰過(guò)，別氣餒，它確實(shí)難，但也值得！