为什么说JVM是黑盒子般存在，从Java 虚拟机原理内存开始

为什么要学习 JVM

在很多 Java 程序员的开发生涯里，JVM 一直是黑盒子一般的存在，大家只知道运行 Java 程序需要依靠 JVM，千篇一律的配置几个类似 -Xms 和 -Xmx 的参数，可能到最后都不知道自己配置的参数有什么具体的意义。在我周围的 Java 程序员里面，甚至还有一部分有数年 Java 开发经验的人至今都不知道该怎么开启 JVM 的 GC 日志。但是，这一切并不妨碍我们开发出令人惊艳的产品。所以，我们为什么要学习 JVM？

从功利性的角度来讲，越来越多的公司在面试时都会针对 JVM 提问，学习 JVM 可以提高自己的面试通过率，当然这属于面向面试学习了。从实践的角度来讲，学习 JVM 可以帮助我们写出更优质的代码，比如你不会写出超过 8000 字节的巨型方法，因为你知道 JIT 不会编译它，每次只能解释执行，这是由 -XX:HugeMethodLimit 参数控制的；你也不会在 Metaspace OOM 时一头雾水，会首先定位是否是反射太频繁导致产生的类加载器过多而引发的。总的来说，学习 JVM 是提升我们 Java 内功的一种方式。

Java 虚拟机技术是每个 Java 开发工程师都应该深入掌握的。本系列文章将深入介绍 JVM 相关技术，主要包括内存划分、对象创建回收与分配以及垃圾收集三大部分。系列文章都将力求全面而概要地汇总核心知识点，并使知识点串联成面，以方便学习、备忘以及工作。本文将介绍第一部分——内存划分。

JDK 体系架构

先从宏观上来看 JVM 所处的位置，且看官方文档的 体系架构图 ：

• JVM（Java Virtual Machine）：处于整个体系最底层，直接与不同的操作系统打交道，因此针对不同的系统有相应的 JVM 实现。Java 程序正是借助 JVM 实现了“一处编写处处运行“的跨平台能力；

• JRE（Java SE Runtime Environment）：Java 运行时环境，是在 JVM 基础上增加 Java 基础类库。Java 程序可以运行在 JRE 之上；

• JDK（Java SE Development Kit）：Java 开发工具包，是在 JRE 基础上增加了开发 Java 程序所需要的各种工具包。

因此本系列文章主要探讨最底层的 JVM 底层原理。

JVM 内存模型

上图展示的是以下样例代码的内存模型：

public class App {

    private int plus() {
        int a = 1;
        int b = 1;
        int c = a + b;
        return c;
    }

    public static void main(String[] args) {
        App obj = new App();
        System.out.println(obj.plus());
    }
}

JVM 运行时数据区域包括以下五部分：

• 程序计数器：每个线程都会有独立的程序计数器，用于记录当前程序运行到的位置，以便线程切换时能够恢复到当前运行位置；

• Java 虚拟机栈：即是图中线程内部的 Java 线程栈。每个线程也都拥有自己的线程栈。线程栈遵循先进后出（FILO）原则，内部包含多个栈帧。每一个栈帧由局部变量表、操作数栈、动态链接以及方法出口等构成；

• 本地方法栈：与虚拟机栈类似，但保存的是 native 方法调用栈；

• 堆：运行时数据区域中最大的一部分，是大部分对象保存的地方。JVM 常常使用分代收集算法回收该区域；

• 方法区：JDK8 里变更为元空间（metaspace），直接保存在直接内存中（注意直接内存不属于 JVM 运行时数据区域）。方法区主要保存类信息、运行时常量池、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

此外，直接内存也是非常重要一部分内存空间。 JVM 元数据空间以及 Java NIO 等都是用到直接内存。

JVM 参数

JVM 提供了若干参数来控制上述各个区域的大小，如下图所示：

配置样例如：

java -Xmx6g -Xms6g -Xmn3g -Xss512K -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MetaspaceSize=64m ‐XX:MaxMetaspaceSize=128M -jar myapp.jar

需要注意，元数据空间在缺省参数的情况下，默认初始大小为21M，如果发生空间不足，会触发 Full GC 进行扩容，且最大扩容空间可为所有的机器内存。所以一定要配置元数据空间参数，且 MetaspaceSize 和 MaxMetaspaceSize 最好相等，从而从根源上杜绝 Full GC 扩容。

希望可以对大家学习JVM有大大的帮助，喜欢的小伙伴可以帮我转发+关注，感谢大家！