目录

一、JVM的内存抽象（宏观视角）

二、底层实现：HotSpot源码级解读

3.1 JVM是怎么启动的？

3.2 堆（Heap）的底层实现

3.3 栈（VM Stack）的底层实现

3.4 方法区（Method Area）的底层实现

3.5 程序计数器（PC Register）的底层实现

3.6 本地方法栈（Native Method Stack）

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一、JVM的内存抽象（宏观视角）

二、底层实现：HotSpot源码级解读

3.1 JVM是怎么启动的？

在HotSpot源码里，JVM的启动入口是 java.c 中的 JLI_Launch() 函数

关键调用链：

JLI_Launch() → InitializeJVM() → JNI_CreateJavaVM() → Threads::create_vm()

在 Threads::create_vm() 里，会调用 init_globals()，这个函数初始化了所有运行时数据区的核心组件

3.2 堆（Heap）的底层实现

对应C++类： CollectedHeap

在 init_globals() 中调用：

jint init_globals() {
  // ...
  universe_init();  // 初始化堆
  // ...
}

universe_init() 最终会调用 Universe::initialize_heap()，根据你选择的GC（垃圾回收器）创建不同的堆实现：

• ParallelGC：ParallelScavengeHeap

• G1：G1CollectedHeap

• ZGC：ZCollectedHeap

堆的内存从哪里来？

• 通过 os::reserve_memory() 向操作系统申请虚拟内存

• 通过 os::commit_memory() 提交物理内存

本质： JVM堆就是一大块从操作系统申请来的连续虚拟地址空间，由JVM自己管理。

3.3 栈（VM Stack）的底层实现

对应C++类： JavaThread

每个Java线程在JVM内部对应一个 JavaThread 对象

call_run() 会调用 JavaCalls::call()，最终执行Java代码

栈帧（Stack Frame）的实现：

• 每个方法调用对应一个栈帧

• 栈帧在C++里没有直接对应的类，而是通过指针偏移来操作内存

• 包括：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址

栈溢出是怎么发生的？
在 generate_fixed_frame() 生成栈帧时，会检查栈剩余空间：

if (stack_overflow_check && !guard_pages_allocated) {
  // 检查是否触及栈保护页
  // 如果触及，抛出 StackOverflowError
}

3.4 方法区（Method Area）的底层实现

在JDK7及以前： 方法区 = 永久代（PermGen），在堆外
在JDK8及以后： 方法区 = 元空间（Metaspace），使用本地内存

对应C++类： Metaspace

关键初始化：

void Metaspace::global_initialize() {
  // 初始化元空间
  MetaspaceGC::initialize();
  _space_list = new MetaspaceArena(...);
}

元空间的内存从哪里来？

• 直接调用 os::malloc() 从操作系统申请

• 不受JVM堆大小限制，只受本机内存限制

3.5 程序计数器（PC Register）的底层实现

对应C++： 在 JavaThread 中有两个关键字段：

class JavaThread {
  address   _pc;  // 当前执行的字节码地址
  int       _bci; // 字节码索引（Byte Code Index）
}

3.6 本地方法栈（Native Method Stack）

对于HotSpot： Java栈和本地方法栈是同一个栈

在 JavaThread 创建时：

JavaThread::JavaThread() {
  _stack_base = os::current_stack_base();
  _stack_size = os::current_stack_size();
}

不管是Java方法还是本地方法，都在这个栈上分配栈帧，只是栈帧的格式不同

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JVM的运行时数据区，本质上就是JVM向操作系统申请的一块块内存，通过C++的数据结构（类、指针、数组）进行管理，再通过JNI桥接给Java代码使用