【Java基础知识】什么是JVM？JVM内存模型由什么组成？（上）

本篇介绍JVM虚拟机中运行时数据区的五个内存区域：堆、方法区、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。这些地方也是我们平时开发中最常接触到的地方，所以对其有所掌握了解还是很有必要的，也有助于JVM问题排查。

JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写，JVM是一个虚构出来的计算机，有着自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈等。

为什么需要JVM?

Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码( 字节码 )，就可以在多种平台上不加修改地运行。

Java文件必须先通过一个叫javac的编译器，将代码编译成class文件，然后通过JVM把class文件解释成各个平台可以识别的机器码，最终实现跨平台运行代码。

JVM内存模型

JVM内存模型可以分为两个部分，如下图所示，堆和方法区是所有线程共有的，而虚拟机栈，本地方法栈和程序计数器则是线程私有的。

在JVM1.8中，图中的 方法区为元数据区 ，下面展开谈一谈这五个区域的作用。

堆(Heap)：

在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )，新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。

下图中的Perm代表的是永久代，但是注意永久代并不属于堆内存中的一部分，同时jdk1.8之后永久代也将被移除。

堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块内存区域，也是被各个线程共享的内存区域，该内存区域存放了对象实例及数组(但不是所有的对象实例都在堆中)。

其大小通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数设置(最大最小值都要小于1G)，前者为启动时申请的最小内存，默认为操作系统物理内存的1/64，后者为JVM可申请的最大内存,默认为物理内存的1/4，默认当空余堆内存小于40%时，JVM会增大堆内存到-Xmx指定的大小，可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个比列。

当空余堆内存大于70%时，JVM会减小堆内存的大小到-Xms指定的大小，可通过XX:MaxHeapFreeRation=来指定这个比列，当然为了避免在运行时频繁调整Heap的大小，通常-Xms与-Xmx的值设成一样。堆内存 = 新生代+老生代+持久代。

在我们垃圾回收的时候，我们往往将堆内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组成，三者的比例是8：1：1，新生代的回收机制采用复制算法，在Minor GC的时候，我们都留一个存活区用来存放存活的对象，真正进行的区域是Eden+其中一个存活区，当我们的对象时长超过一定年龄时(默认15，可以通过参数设置)，将会把对象放入老生代，当然大的对象会直接进入老生代，老生代采用的回收算法是标记整理算法。

方法区(Method Area)

其实方法区是在JDK1.8以前的版本里存在的一块内存区域，主要就是存放从class文件里加载进来的类的，而且常量池也是在这块区域内的。

但是在JDK1.8之后，这块区域摇身一变，换了名字，叫做“Metaspace”，翻译过来就是“元数据空间”的意思，当然它只是改了个名，实现的功能是没变的。

方法区(Method Area)与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

1.类型信息

对每个加载的类型(类class、接口interface、枚举enum、注解annotation),JVM必须在方法区中存储以下类型信息:

①这个类型的完整有效名称(全名=包名.类名)

②这个类型直接父类的完整有效名(对于interface或是java.lang.0bject，都没有父类)

③这个类型的修饰符(public, abstract,final的某个子集)

④这个类型直接接口的一个有序列表

2.域信息(Field)成员变量

JVM必须在方法区中保存类型的所有域的相关信息以及域的声明顺序。

域的相关信息包括:域名称、域类型、域修饰符(public, private,protected,static,final, volatile, transient的某个子集)

3.方法(Method)信息

JVM必须保存所有方法的以下信息，同域信息一样包括声明顺序:

方法名称

方法的返回类型(或void)·方法参数的数量和类型(按顺序)

方法的修饰符(public, private,protected,static, final,synchronized,native,abstract的一个子集)

方法的字节码(bytecodes)、操作数栈、局部变量表及大小(abstract和native方法除外)