一句话说透Java里面的内存区域和内存模型一、内存区域：办公室功能区划分比喻：JVM 内存就像一个公司的办公区，不同区

一、内存区域：办公室功能区划分

比喻：JVM 内存就像一个公司的办公区，不同区域有不同用途

1. 堆（Heap）—— 大仓库

作用：存放所有对象实例（所有员工领的办公用品都堆在这）
特点：
- 线程共享（所有人随便拿）
- 会抛出 OutOfMemoryError（仓库爆满）

源码验证：HotSpot 的 CollectedHeap 类（如 genCollectedHeap.cpp）

// 堆内存分配核心逻辑（伪代码）
HeapWord* GenCollectedHeap::mem_allocate(...) {
  if (尝试快速分配失败) {
   触发GC(); // 保洁阿姨清理仓库
   再次尝试分配;
  }
  if (仍失败) throw OutOfMemoryError;
}

2. 虚拟机栈（Stack）—— 员工工位

作用：存放方法调用时的栈帧（每个员工处理任务时的临时笔记本）
特点：
- 线程私有（每人有自己的工位）
- 会抛出 StackOverflowError（工位被笔记本堆满）

栈帧结构：

| 局部变量表 | 操作数栈 | 动态链接 | 方法返回地址 |

源码对应：frame.hpp 中的 frame 类（描述栈帧结构）

3. 方法区（Method Area）—— 档案室

作用：存储类信息、常量、静态变量（公司规章制度、员工档案）
JDK 变化：
- JDK7：永久代（档案室在办公楼内）
- JDK8+：元空间（Metaspace，档案室搬到云盘，用本地内存）

源码线索：metaspace.hpp 中的 Metaspace 类

// 元空间内存分配（伪代码）
void* Metaspace::allocate(size_t size) {
  if (当前块不够) {
    向操作系统申请新内存块; // 类似 malloc
  }
  return 分配地址;
}

4. 程序计数器（PC Register）—— 任务进度条

作用：记录当前线程执行到的字节码行号（员工知道自己做到哪一步了）
唯一不会 OOM 的区域（老板必须知道每个员工的进度）

5. 本地方法栈（Native Method Stack）—— 外籍员工工位

作用：执行 Native 方法（比如 C/C++ 写的功能）

6. 直接内存（Direct Memory）—— 外包仓库

特点：通过 ByteBuffer.allocateDirect() 申请，不受 JVM 堆限制
底层原理：调用 unsafe.allocateMemory() 直接分配系统内存

二、内存模型（JMM）：办公室协作规则

比喻：JMM 是规范多线程如何安全传递数据的规则手册

1. 主内存 vs 工作内存

主内存：公司公告板（所有线程可见）
工作内存：员工私人笔记本（线程私有，存主内存的数据副本）

数据同步问题：

复制

线程A修改笔记本 → 未同步到公告板 → 线程B看到旧数据（脏读）

2. 原子性/可见性/有序性

原子性：
- synchronized 锁会议室（一次只允许一个线程操作）
- 源码实现：objectMonitor.cpp 中的锁竞争逻辑
可见性：
- volatile 强制要求员工修改笔记本后立刻抄到公告板
- 底层原理：通过 CPU 的 MESI 协议 或 内存屏障 实现
```
// HotSpot 的 volatile 写操作插入内存屏障
OrderAccess::storeload(); // 写后加屏障，强制刷新
```
有序性：
- 禁止指令重排序（员工必须按流程步骤办事）
- happens-before 原则（公司规定的优先顺序）

3. 内存屏障（Memory Barrier）—— 行政监督

LoadLoad屏障：确保读操作顺序
StoreStore屏障：确保写操作顺序
LoadStore屏障：读不能重排到写之后
StoreLoad屏障：全能屏障（最严格）

4. synchronized 的锁升级

无锁 → 偏向锁：第一个员工独占会议室（Mark Word 记录线程ID）
偏向锁 → 轻量级锁：有竞争时升级为轮流使用（自旋等待）
轻量级锁 → 重量级锁：竞争激烈时找行政协调（操作系统互斥量）

源码证据：markOop.hpp 中锁状态标记位

enum { 
  locked_value             = 0, // 轻量锁
  unlocked_value           = 1, // 无锁
  monitor_value            = 2, // 重量锁
  marked_value             = 3, // GC标记
  biased_lock_pattern      = 5  // 偏向锁
};

三、从源码看内存管理（HotSpot 核心逻辑）

1. 对象内存分配

快速分配：TLAB（Thread Local Allocation Buffer）
- 每个线程在堆里有一小块自留地
- 源码：thread.cpp 中 ThreadLocalAllocBuffer 类

2. GC 触发条件

Young GC：Eden 区满时触发

// GenCollectorPolicy 判断是否触发GC
if (eden_space->used() > eden_space->capacity_in_bytes()) {
  collect_generation(...); // 开始打扫年轻代
}

Full GC：老年代或元空间不足时触发

3. 内存溢出（OOM）真相

堆溢出：创建大对象或内存泄漏（如循环引用未断开）
栈溢出：递归调用无终止条件
元空间溢出：加载过多类（比如动态生成类）

四、高频面试题解析

String 存在哪里？
- String s = "abc" → 常量池（方法区）
- String s = new String("abc") → 堆 + 常量池
volatile 和 synchronized 的区别？
- volatile 是轻量级可见性控制
- synchronized 是重量级原子性+可见性控制
为什么要有元空间替代永久代？
- 避免永久代大小难预估导致 OOM
- 元空间使用本地内存，上限由系统决定

五、总结口诀

「内存区域分六块，堆栈方法各不同
JMM管线程事，可见有序原子性
偏向轻量重量锁，屏障插入保顺序
元空间换永久代，直接内存更高效！」

附：常见内存相关参数

-Xmx：堆最大值
-Xss：栈大小
-XX:MetaspaceSize：元空间初始大小
-XX:MaxDirectMemorySize：直接内存上限