【Java基礎知識】什么是JVM？JVM內存模型由什么組成？（上）

本篇介紹JVM虛擬機中運行時數據區的五個內存區域：堆、方法區、虛擬機棧、本地方法棧、程序計數器。這些地方也是我們平時開發中最常接觸到的地方，所以對其有所掌握了解還是很有必要的，也有助于JVM問題排查。

JVM是Java Virtual Machine(Java虛擬機)的縮寫，JVM是一個虛構出來的計算機，有著自己完善的硬件架構，如處理器、堆棧等。

為什么需要JVM?

Java語言使用Java虛擬機屏蔽了與具體平臺相關的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼( 字節碼 )，就可以在多種平臺上不加修改地運行。

Java文件必須先通過一個叫javac的編譯器，將代碼編譯成class文件，然后通過JVM把class文件解釋成各個平臺可以識別的機器碼，最終實現跨平臺運行代碼。

JVM內存模型

JVM內存模型可以分為兩個部分，如下圖所示，堆和方法區是所有線程共有的，而虛擬機棧，本地方法棧和程序計數器則是線程私有的。

在JVM1.8中，圖中的 方法區為元數據區 ，下面展開談一談這五個區域的作用。

堆(Heap)：

在 Java 中，堆被劃分成兩個不同的區域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )，新生代 ( Young ) 又被劃分為三個區域：Eden、From Survivor、To Survivor。

下圖中的Perm代表的是永久代，但是注意永久代并不屬于堆內存中的一部分，同時jdk1.8之后永久代也將被移除。

堆是java虛擬機所管理的內存中最大的一塊內存區域，也是被各個線程共享的內存區域，該內存區域存放了對象實例及數組(但不是所有的對象實例都在堆中)。

其大小通過-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)參數設置(最大最小值都要小于1G)，前者為啟動時申請的最小內存，默認為操作系統物理內存的1/64，后者為JVM可申請的最大內存,默認為物理內存的1/4，默認當空余堆內存小于40%時，JVM會增大堆內存到-Xmx指定的大小，可通過-XX:MinHeapFreeRation=來指定這個比列。

當空余堆內存大于70%時，JVM會減小堆內存的大小到-Xms指定的大小，可通過XX:MaxHeapFreeRation=來指定這個比列，當然為了避免在運行時頻繁調整Heap的大小，通常-Xms與-Xmx的值設成一樣。堆內存 = 新生代+老生代+持久代。

在我們垃圾回收的時候，我們往往將堆內存分成新生代和老生代(大小比例1：2)，新生代中由Eden和Survivor0，Survivor1組成，三者的比例是8：1：1，新生代的回收機制采用復制算法，在Minor GC的時候，我們都留一個存活區用來存放存活的對象，真正進行的區域是Eden+其中一個存活區，當我們的對象時長超過一定年齡時(默認15，可以通過參數設置)，將會把對象放入老生代，當然大的對象會直接進入老生代，老生代采用的回收算法是標記整理算法。

方法區(Method Area)

其實方法區是在JDK1.8以前的版本里存在的一塊內存區域，主要就是存放從class文件里加載進來的類的，而且常量池也是在這塊區域內的。

但是在JDK1.8之后，這塊區域搖身一變，換了名字，叫做“Metaspace”，翻譯過來就是“元數據空間”的意思，當然它只是改了個名，實現的功能是沒變的。

方法區(Method Area)與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區域，它用于存儲已被虛擬機加載的類型信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼緩存等數據。

1.類型信息

對每個加載的類型(類class、接口interface、枚舉enum、注解annotation),JVM必須在方法區中存儲以下類型信息:

①這個類型的完整有效名稱(全名=包名.類名)

②這個類型直接父類的完整有效名(對于interface或是java.lang.0bject，都沒有父類)

③這個類型的修飾符(public, abstract,final的某個子集)

④這個類型直接接口的一個有序列表

2.域信息(Field)成員變量

JVM必須在方法區中保存類型的所有域的相關信息以及域的聲明順序。

域的相關信息包括:域名稱、域類型、域修飾符(public, private,protected,static,final, volatile, transient的某個子集)

3.方法(Method)信息

JVM必須保存所有方法的以下信息，同域信息一樣包括聲明順序:

方法名稱

方法的返回類型(或void)·方法參數的數量和類型(按順序)

方法的修飾符(public, private,protected,static, final,synchronized,native,abstract的一個子集)

方法的字節碼(bytecodes)、操作數棧、局部變量表及大小(abstract和native方法除外)