S05-J04 · JVM 运行时数据区与垃圾回收基础

适用读者：被"堆/栈/方法区/元空间"绕晕的人。
前置：S04-J03（字节码）。
实测环境：OpenJDK 21.0.12.1（GC 日志实测，2026-11-05）。
覆盖旧文：A-2575(1238) A-1644(393) A-1130(208) A-2334(363) + 1641(88) 2590(260) 1023(86) 1632(155) 1636(134) 1628(116) 1627(142) 1629(174) 1550(137) 1544(75) 1128(126) 1010(63) = 3,758 点。
覆盖扩展：E-S05-011（栈帧结构）、E-S05-012（可达性分析）。
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1. 一句话结论

JVM 的内存分五块：方法区（元空间）、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。GC 只关心"堆"（以及元空间的类卸载）。

区域	线程共享	存什么	会 OOM 吗
堆	✅	对象实例	✅ `OutOfMemoryError: Java heap space`
方法区/元空间	✅	类元数据、常量	✅ `Metaspace`
虚拟机栈	❌	栈帧（局部变量、操作数栈）	✅ `StackOverflowError`
本地方法栈	❌	native 方法	✅
程序计数器	❌	当前字节码行号	❌（唯一不会 OOM）

2. 实测：GC 日志长什么样

$ java -Xmx128m -Xlog:gc:stdout G

实测输出（G1）：

[0.015s][info][gc] Using G1
[0.629s][info][gc] GC(0) Pause Young (Concurrent Start) (G1 Humongous Allocation) 56M->55M(128M) 14.651ms
[0.646s][info][gc] GC(2) Pause Young (Concurrent Start) (G1 Humongous Allocation) 60M->60M(128M) 4.082ms
[0.656s][info][gc] GC(3) Pause Remark 65M->65M(128M) 1.514ms
[0.665s][info][gc] GC(3) Concurrent Mark Cycle 18.793ms
[0.786s][info][gc] GC(4) Pause Young (Prepare Mixed) (G1 Humongous Allocation) 125M->65M(128M) 3.998ms
[0.845s][info][gc] GC(5) Pause Young (Mixed) (G1 Humongous Allocation) (Evacuation Failure) 125M->70M(128M) 5.213ms

逐段读法：

片段	含义
`Pause Young`	年轻代 GC（STW）
`56M->55M(128M)`	回收前→回收后（堆上限 128M）
`14.651ms`	停顿时间
`Humongous Allocation`	分配了大对象（> Region 一半，8MB 数组就是）
`Concurrent Mark Cycle`	并发标记（不 STW）
`Pause Mixed`	混合回收（年轻代 + 部分老年代）
`Evacuation Failure`	晋升失败（目标区放不下）——这是要警惕的信号

Evacuation Failure 的教学价值：它说明"堆给小了 + 大对象多"会导致回收失败，进而 Full GC。调优的第一信号就是这个。

3. 对象分配与栈帧（E-S05-011）

概念	说明
TLAB	每个线程的私有分配缓冲区（减少竞争）
对象头	Mark Word（哈希/锁）+ 类型指针
栈帧	局部变量表 + 操作数栈 + 动态链接 + 返回地址
逃逸分析	对象不出方法 → 可能栈上分配/标量替换（不占堆）

推论："new 出来的对象一定在堆上"不完全对——JIT 可能优化掉。

4. 对象存活判定（E-S05-012）

方法	说明
引用计数	简单但有循环引用问题 → JVM 不用
可达性分析	从 GC Roots 出发不可达即可回收

GC Roots 包括：栈中局部变量、静态字段、常量、JNI 引用、活动线程。

四种引用：

引用	回收时机
强引用	永不（直到不可达）
`SoftReference`	内存不足时
`WeakReference`	下次 GC（ThreadLocal 的 key 就是它）
`PhantomReference`	回收前通知（用于清理）

5. 五个误区

误区	真相
"程序计数器也会 OOM"	唯一不会
"对象一定分配在堆上"	逃逸分析可能栈上分配
"引用计数是 JVM 的 GC 算法"	JVM 用可达性分析
"GC 日志只有停顿时间有用"	`Evacuation Failure`/晋升失败更关键
"`-Xmx` 越大越好"	堆太大会拉长单次回收（G1 可分 Region 缓解）

6. 自检

五个运行时区域里，哪些线程共享？哪个不会 OOM？
GC 日志 56M->55M(128M) 14.651ms 各段含义？
Evacuation Failure 说明什么？会导致什么？
为什么 JVM 不用引用计数？
四种引用分别什么时候回收？

7. 下一篇

S05-J05 · 类加载与字节码执行

内存区讲完，下一篇讲"类怎么进来"：双亲委派、三个阶段，以及为什么它会被"破坏"。

本篇属于系列《S05 · Java 并发与 JVM》。旧文来源：A-2575/1644/1130/2334/1641/2590/1023/1632/1636/1628/1627/1629/1550/1544/1128/1010；扩展点 E-S05-011/012。GC 日志为 OpenJDK 21 实测。