JVM GC原理深度解析及性能調優實戰（一）技术頭條網

JVM基本概念

jvm是可以運行java代碼的虛擬計算機，包括一套字節碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個垃圾回收、堆和一個方法存儲區。JVM運行在操作系統之上，和物理硬件沒有直接的交互。

先來看一張知識拓撲圖

jvm知識拓撲

運行過程：.java文件通過編譯器（IDEA）生成相應的.class文件，也就是字節碼文件，而字節碼文件又通過jvm 的解釋器，編譯成特定機器上的機器碼。

每一種平臺的解釋器是不同的，但是實現的虛擬機是相同的，這也就是java 為什麼能夠跨平臺的原因，當一個程序開始運行，這個時候虛擬機就開始實例化了，多個程序啟動就會有多個虛擬機的實例，程序退出或關閉，虛擬機實例消亡，多個虛擬機之間數據不共享。

JVM內存區域

講述JVM內存之前先了解先jvm 中的線程

jvm允許一個應用併發執行多個線程，jvm中的線程與原生操作系統的線程有直接映射關係，當jvm中的線程本地存儲、緩衝區分配、同步對象、棧、程序計數器等準備就緒後，就會創建原生系統的線程，操作系統負責調度所有線程，並把他們分配到任何可用的CPU上。當原生線程初始化完畢，就會執行java 代碼中的run方法，當執行完成時，會釋放jvm及原生系統線程所佔用的資源。

JVM 內存區域主要分為線程私有區域【程序計數器、虛擬機棧、本地方法區】、線程共享區

域【 JAVA 堆、方法區】、直接內存。

線程私有數據區域生命週期與線程相同, 依賴用戶線程的啟動/結束而創建/銷燬(在Hotspot VM內, 每個線程都與操作系統的本地線程直接映射, 因此這部分內存區域的存/否跟隨本地線程的生/死對應)。

線程共享區域隨虛擬機的啟動/關閉而創建/銷燬。

直接內存並不是JVM運行時數據區的一部分, 但也會被頻繁的使用: 在JDK 1.4引入的NIO提供了基於Channel與Buffer的IO方式, 它可以使用Native函數庫直接分配堆外內存, 然後使用DirectByteBuffer對象作為這塊內存的引用進行操作(詳見: Java I/O 擴展), 這樣就避免了在Java堆和Native堆中來回複製數據, 因此在一些場景中可以顯著提高性能。

程序計數器：一塊較小的內存空間, 是當前線程所執行的字節碼的行號指示器，每條線程都要有一個獨立的程序計數器，這類內存也稱為“線程私有”的內存。

正在執行java方法的話，計數器記錄的是虛擬機字節碼指令的地址（當前指令的地址）。如果還是Native方法，則為空。

這個內存區域是唯一一個在虛擬機中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

虛擬機棧：是描述java方法執行的內存模型，

每個方法在執行的同時都會創建一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法從調用直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

棧幀（ Frame）是用來存儲數據和部分過程結果的數據結構，同時也被用來處理動態鏈接 (Dynamic Linking)、方法返回值和異常分派（ Dispatch Exception）。棧幀隨著方法調用而創建，隨著方法結束而銷燬——無論方法是正常完成還是異常完成（拋出了在方法內未被捕獲的異常）都算作方法結束。

本地方法區：本地方法區和Java Stack作用類似, 區別是虛擬機棧為執行Java方法服務, 而本地方法棧則為Native方法服務, 如果一個VM實現使用C-linkage模型來支持Native調用, 那麼該棧將會是一個C棧，但HotSpot VM直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。

堆：是被線程共享的一塊內存區域，創建的對象和數組都保存在Java堆內存中，也是垃圾收集器進行垃圾收集的最重要的內存區域。由於現代VM採用分代收集算法, 因此Java堆從GC的角度還可以細分為: 新生代(Eden區、From Survivor區和To Survivor區)和老年代。

方法區：即我們常說的永久代(Permanent Generation), 用於存儲被JVM加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據. HotSpot VM把GC分代收集擴展至方法區, 即使用Java堆的永久代來實現方法區, 這樣HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一樣管理這部分內存, 而不必為方法區開發專門的內存管理器(永久帶的內存回收的主要目標是針對常量池的回收和類型的卸載, 因此收益一般很小)。

運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載後存放到方法區的運行時常量池中。 Java虛擬機對Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有嚴格的規定，每一個字節用於存儲哪種數據都必須符合規範上的要求，這樣才會被虛擬機認可、裝載和執行。

附上拓撲圖梳理下