一、JVM 內存模型概覽

Java 虛擬機（JVM）在運行時將內存劃分為多個區域，其中與開發者關係最密切的是：

  • 棧（Stack）
  • 堆（Heap）
  • 方法區（Method Area，含常量池）
  • 程序計數器（PC Register）
  • 本地方法棧（Native Method Stack）

本文聚焦於 棧 和 堆。

二、棧內存（Stack Memory）

1. 特點

  • 線程私有：每個線程擁有獨立的棧。
  • 生命週期短：隨方法調用而創建，隨方法結束而銷燬。
  • 存儲內容：
  • 局部變量（基本類型：int, boolean 等）
  • 對象的引用（reference，即“指針”）
  • 方法調用的棧幀（Stack Frame），包含參數、返回地址等

2. 內存分配方式

  • 連續內存塊，採用“先進後出”（LIFO）結構。
  • 分配和回收速度極快（只需移動棧頂指針）。

3. 示例代碼

public void method() {
    int a = 10;               // 存在棧中
    String str = "Hello";     // str 是引用，存在棧中；"Hello" 對象在堆或字符串常量池
    MyClass obj = new MyClass(); // obj 引用在棧，MyClass 實例在堆
}

4. 常見異常

  • StackOverflowError：遞歸過深或無限遞歸導致棧溢出。
public void infiniteRecursion() {
    infiniteRecursion(); // 無終止條件 → StackOverflowError
}

5. 調整棧大小

通過 JVM 參數 -Xss 設置每個線程的棧大小（默認通常為 1MB）：

java -Xss512k MyApp

三、堆內存（Heap Memory）

1. 特點

  • 線程共享：所有線程共用同一塊堆內存。
  • 生命週期長：對象在堆中創建，直到被垃圾回收器（GC）回收。
  • 存儲內容：
  • 所有通過 new 創建的對象實例
  • 數組（無論元素是基本類型還是引用類型）

2. 內存結構（以 HotSpot JVM 為例）

現代 JVM 將堆分為：

  • 新生代（Young Generation）
  • Eden 區
  • Survivor 區（S0, S1）
  • 老年代（Old Generation）
  • （JDK 8+ 移除了永久代，改用元空間 Metaspace 存儲類信息）

對象優先在 Eden 區分配，經過多次 GC 後存活的對象進入老年代。

3. 示例

MyClass obj = new MyClass();
// obj（引用）→ 棧
// new MyClass()（對象實例）→ 堆

4. 常見異常

  • java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space：堆內存不足，無法分配新對象。
  • 原因：內存泄漏、堆太小、大對象頻繁創建等。

5. 調整堆大小

常用 JVM 參數：

  • -Xms：初始堆大小（如 -Xms512m）
  • -Xmx：最大堆大小（如 -Xmx2g）

建議生產環境設置 -Xms == -Xmx，避免動態擴容帶來的性能抖動。