Java JVM 内存模型与对象

更新时间：2026-08-25。本文是 languages/java/ 主题第 ② 篇。Java 的内存由 JVM 托管——理解运行时数据区、对象布局、GC 回收，你才能看懂内存占用、调好 JVM 参数、排查内存泄漏。

本文要回答的问题

• Java 对象创建时发生了什么？运行时数据区怎么划分？
• GC 是怎么判断"对象已死"并回收的？
• 线上 OOM 怎么排查？

一、运行时数据区

区域	线程	内容	异常
堆 Heap	共享	所有 new 的对象	OutOfMemoryError: Java heap space
方法区 Metaspace	共享	类元数据、静态变量、常量池	OutOfMemoryError: Metaspace
虚拟机栈	私有	栈帧（局部变量、操作数栈）	StackOverflowError
本地方法栈	私有	native 方法	StackOverflowError
程序计数器	私有	当前字节码指令地址	无

栈存引用，堆存对象：Dog d = new Dog() —— d 引用在栈，Dog 对象在堆。GC 只管堆。

二、对象创建过程

Dog d = new Dog("旺财");

1. 类加载检查：Dog 类是否已加载。
2. 分配内存：在堆（Eden 区）划一块。
3. 初始化零值：字段设默认值。
4. 设置对象头：Mark Word（锁/GC 标记）+ 类型指针。
5. 执行构造方法：Dog(...) 初始化字段。

三、GC：判定"对象已死"

3.1 可达性分析

JVM 从 GC Roots（栈引用、静态变量、JNI 引用等）出发，能到达的对象存活，不可达的判定可回收：

GC Roots	说明
虚拟机栈引用的对象	局部变量、参数
静态字段引用	static 变量
常量引用	字符串常量池
JNI 引用	native 方法

3.2 分代回收

堆按对象年龄分代，多数对象"朝生夕死"：

分区	内容	回收
新生代	Eden + S0 + S1（8:1:1）	Minor GC（频繁、快）
老年代	大对象、多次存活对象	Major/Full GC（慢）
Metaspace	类元数据	Full GC

回收算法：新生代用复制算法（清空 Eden + 幸存者复制到另一 S）；老年代用标记-清除/标记-整理。

四、常见 GC 与调优

GC	特点	适用
Serial	单线程，暂停长	小堆、客户端
Parallel	多线程，吞吐优先	后台批处理
CMS	低暂停（已废弃）	老年代
G1	区域化，可预测暂停	默认、服务端推荐
ZGC/Shenandoah	超低暂停（毫秒级）	大堆、低延迟

常用调优参数：

java -Xms4g -Xmx4g            # 堆初始与最大
-Xmn1g                        # 新生代大小
-XX:+UseG1GC                  # 选 G1
-XX:MaxGCPauseMillis=100      # G1 目标暂停
-XX:MetaspaceSize=256m        # 方法区
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/   # OOM 时导堆

五、OOM 与内存泄漏排查

现象	原因	排查
Java heap space	堆满	堆转储 + MAT/jmap 分析
Metaspace	类加载过多（反射/动态代理）	检查类加载器泄漏
unable to create new native thread	线程数超限	检查线程泄漏

排查流程：jps 找 PID → jmap -dump:format=b 导堆 → MAT 看支配树找大对象与 GC Root 引用链。

常见泄漏源：静态集合持对象不放、未关闭的连接、Listener 未反注册、ThreadLocal 未清理。

六、与本站主线衔接

• 内存泄漏：Java 泄漏用 MAT/jmap 定位，与 C/C++ 的 Valgrind 方法不同，见 crash 内存泄漏排查。
• 对象布局：对象头、字段对齐影响内存占用，类比 L3 内存子系统 的对齐原理。
• 性能剖析：GC 停顿是 Java 性能关键指标，用 jstat -gc/Arthas 观测；见 Java 总纲。

一句话总结

JVM 内存 = 线程共享的堆/方法区 + 线程私有的栈/PC；GC 用可达性分析 + 分代回收自动管理堆，G1 是服务端默认，OOM 用堆转储 + MAT 定位；理解运行时数据区是 JVM 调优与排查的前提。

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