JVM 内存结构：一栋宿舍楼的分房故事，面试再问也不慌

故事场景：JVM 是一栋宿舍楼

JVM 启动的时候，会在内存里盖起一栋宿舍楼。Java 程序跑起来，所有的变量、对象、方法调用，都得在这栋楼里找个房间住下。

这栋楼有五间房，面试官最爱问的就是：每间房住着谁，谁是大家共用的、谁是每人一间的。

程序计数器：每人手里的一张行程单，线程私有；
虚拟机栈：方法住的单间，一方法一间房，线程私有；
本地方法栈：给 native 方法留的后门，线程私有；
堆：所有对象住的大院子，线程共享；
方法区：楼管处的档案室，线程共享。

一句话先记住：线程私有的三间房（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈）跟着线程生、跟着线程死；线程共享的两间房（堆、方法区）是整栋楼的公共区域。

第一问：程序计数器——每人手里的行程单

程序计数器是最小的一块内存，小到面试官都不好意思单独考它，但它偏偏是唯一一个不会抛出 OutOfMemoryError 的区域。

它的作用就一句话：记录当前线程正在执行的那行字节码跑到哪了。

为什么每个线程要各拿一张行程单？因为 CPU 是轮流给线程干活的：线程 A 跑到一半被切出去，线程 B 上来跑一会儿，等 A 再回来，它得知道自己上次跑到哪一行，才能接着跑——行程单就是干这个的。

public int add(int a, int b) {
    int sum = a + b;   // 行程单记下：跑到这一行了
    return sum;        // 下一行，继续
}

记住两点就够：线程私有、不会 OOM。面试官追问“为什么不会 OOM”，答案是它存的只是一个地址编号，空间固定，不存在“越住越大”的可能。

第二问：虚拟机栈——方法住的单间

虚拟机栈是方法调用的家。每个方法被调用时，JVM 就在栈里给它开一间房，这间房叫栈帧。方法里用到的局部变量、操作数、返回地址，全塞在这间房里；方法跑完，房就退了。

public void buyTicket() {
    int price = 120;          // 局部变量，住在 buyTicket 的栈帧里
    String seat = chooseSeat();
    pay(price, seat);
}

public String chooseSeat() {
    return "A12";             // chooseSeat 另开一间栈帧，跑完就退房
}

buyTicket 调用 chooseSeat 的时候，两间房是摞在一起的——栈就是这么一层层摞起来的，先进后出。

这间房最出名的事故叫 StackOverflowError：方法一层层往下调，房摞得太高，楼顶被捅穿了。

public void endless() {
    endless();   // 自己调自己，栈帧无限摞下去
}

跑起来就是经典的 StackOverflowError。面试官常接着问：“栈溢出和 OOM 是一回事吗？”不是：栈溢出是房摞太高，OOM 是房不够住——一个是深度超了，一个是总量超了。

第三问：堆——所有对象住的大院子

堆是整栋楼里最大的一块地，也是 GC（垃圾回收）的主战场。所有 new 出来的对象，都住在这里。

User user = new User("阿飞");  // new 出来的 User 对象住堆里

注意这行代码里住的地方是分开的：对象本身住堆里，user 这个引用（地址牌）住在虚拟机栈的栈帧里。引用是门牌号，对象是房间，别搞混——面试官就爱从这儿下手。

堆按住户的寿命又分成年轻代和老年代：新对象先进年轻代的 Eden，活过几次 GC 晋升到老年代。分代的道理上一篇已经讲过：年轻代朝生暮死、老年代长寿稳定，区别对待才划算。

堆太小会出什么事？对象越住越多、住不下了，就是最常见的 OutOfMemoryError: Java heap space：

List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
    list.add(new byte[1024 * 1024]);  // 每循环往堆里塞 1MB，迟早塞爆
}

调大堆的办法面试也常问：-Xms 是起步大小，-Xmx 是上限。顺带记住：堆是线程共享的，所以对象才需要考虑线程安全；栈是线程私有的，所以局部变量天生线程安全。

第四问：方法区——楼管处的档案室

方法区住的是类的信息：类名、字段、方法、静态变量、常量，还有运行时常量池。类加载器把 class 文件读进来，拆出来的“档案”就存在这里。

public class Ticket {
    public static int totalSold = 0;   // 静态变量，住方法区
    public static final int PRICE = 120; // 常量，住方法区里的常量池
}

这里有个版本变迁，是面试高频考点：

JDK 7 及以前：方法区叫“永久代”（PermGen），是堆里划出来的一块地，大小固定，容易爆 OutOfMemoryError: PermGen space；
JDK 8 及以后：永久代被废掉，方法区的实现改叫元空间（Metaspace），搬到了本地内存里，不再占用堆，大小默认只受本机内存限制。

一句话：JDK 8 以后，方法区还在，但实现从永久代换成了元空间，从堆里搬到了堆外。

顺带提一句：字符串常量池在 JDK 7 就从方法区搬进了堆——String s = "hello" 里的 "hello" 住堆里，别再说它住方法区了。

第五问：本地方法栈——给 native 方法留的后门

本地方法栈和虚拟机栈是双胞胎：虚拟机栈服务 Java 方法，本地方法栈服务 native 方法——就是那些用 C/C++ 写的方法，比如 System.currentTimeMillis() 底层调的那个。

public native long currentTimeMillis();  // native 方法，走本地方法栈

平时你基本碰不到它，面试也很少深挖，记住一句就行：本地方法栈就是虚拟机栈的 native 版，同样线程私有，同样可能栈溢出。

HotSpot 虚拟机甚至把这两间房合并成了一间——知道有这回事，面试就够用了。

一张表记住今天的内容

房间	住着谁	线程私有还是共享	出事会怎样
程序计数器	当前执行的字节码地址	私有	不会 OOM
虚拟机栈	栈帧：局部变量、方法调用	私有	栈太深 → StackOverflowError
本地方法栈	native 方法的调用	私有	同样可能栈溢出
堆	所有 new 出来的对象	共享	住满了 → OutOfMemoryError: Java heap space
方法区（元空间）	类信息、静态变量、常量	共享	类太多 → OutOfMemoryError: Metaspace

文末留一句话

下次面试官问“JVM 内存结构讲讲”，别从名词开始背，先讲这栋宿舍楼：行程单、单间、后门、大院子、档案室——五间房的住户和归属讲清了，StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 各从哪间房里爆出来的，自然也就顺下来了。

和这篇搭着看：堆里住的对象最后是怎么被清走的，见上周那篇《JVM 垃圾回收：小区垃圾清运队，面试再问也不慌》，这篇讲分房、那篇讲清运，正好一对；想先弄清 JVM 到底是什么、和 JDK、JRE 是什么关系，见我早年写的《Java JDK，JRE和JVM分别是什么》。

动手验证：给 JVM 加上 -Xms64m -Xmx64m 跑一跑上面那段往 List 里塞数据的代码，亲眼看看 OutOfMemoryError: Java heap space 长什么样，再把递归那段跑一遍，对比 StackOverflowError 的报错——两个错误各住哪间房，跑一次就记住了。想在云上练手可以看我整理的云服务器选购指南，新客首单很便宜，别买贵了；算内存、转时间戳这类小活儿，我的在线工具箱 itupload.cn 打开就能用。

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