全网最硬核 JVM 内存解析 - 1.从 Native Memory Tracking 说起

本篇系列文章详细分析了JVM内存的各个方面,包括NativeMemoryTracking的开启与使用,JVM内存申请与使用流程,大页分配,Java堆内存设计,压缩对象指针,元空间的核心概念与设计,以及线程内存设计等。内容涵盖了JVM内存结构,参数配置,以及监控和优化方法。

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本篇是关于 JVM 内存的详细分析。网上有很多关于 JVM 内存结构的分析以及图片,但是由于不是一手的资料亦或是人云亦云导致有很错误,造成了很多误解;并且,这里可能最容易混淆的是一边是 JVM Specification 的定义,一边是 Hotspot JVM 的实际实现,有时候人们一些部分说的是 JVM Specification,一部分说的是 Hotspot 实现,给人一种割裂感与误解。本篇主要从 Hotspot 实现出发,以 Linux x86 环境为主,紧密贴合 JVM 源码并且辅以各种 JVM 工具验证帮助大家理解 JVM 内存的结构。但是,本篇仅限于对于这些内存的用途,使用限制,相关参数的分析,有些地方可能比较深入,有些地方可能需要结合本身用这块内存涉及的 JVM 模块去说,会放在另一系列文章详细描述。最后,洗稿抄袭狗不得 house

本篇全篇目录(以及涉及的 JVM 参数):

  1. 从 Native Memory Tracking 说起(全网最硬核 JVM 内存解析 - 1.从 Native Memory Tracking 说起开始)
    1. Native Memory Tracking 的开启
    2. Native Memory Tracking 的使用(涉及 JVM 参数:NativeMemoryTracking
    3. Native Memory Tracking 的 summary 信息每部分含义
    4. Native Memory Tracking 的 summary 信息的持续监控
    5. 为何 Native Memory Tracking 中申请的内存分为 reserved 和 committed
  2. JVM 内存申请与使用流程(全网最硬核 JVM 内存解析 - 2.JVM 内存申请与使用流程开始)
    1. Linux 下内存管理模型简述
    2. JVM commit 的内存与实际占用内存的差异
      1. JVM commit 的内存与实际占用内存的差异
    3. 大页分配 UseLargePages(全网最硬核 JVM 内存解析 - 3.大页分配 UseLargePages开始)
      1. Linux 大页分配方式 - Huge Translation Lookaside Buffer Page (hugetlbfs)
      2. Linux 大页分配方式 - Transparent Huge Pages (THP)
      3. JVM 大页分配相关参数与机制(涉及 JVM 参数:UseLargePages,UseHugeTLBFS,UseSHM,UseTransparentHugePages,LargePageSizeInBytes
  3. Java 堆内存相关设计(全网最硬核 JVM 内存解析 - 4.Java 堆内存大小的确认开始)
    1. 通用初始化与扩展流程
    2. 直接指定三个指标的方式(涉及 JVM 参数:MaxHeapSize,MinHeapSize,InitialHeapSize,Xmx,Xms
    3. 不手动指定三个指标的情况下,这三个指标(MinHeapSize,MaxHeapSize,InitialHeapSize)是如何计算的
    4. 压缩对象指针相关机制(涉及 JVM 参数:UseCompressedOops)(全网最硬核 JVM 内存解析 - 5.压缩对象指针相关机制开始)
      1. 压缩对象指针存在的意义(涉及 JVM 参数:ObjectAlignmentInBytes
      2. 压缩对象指针与压缩类指针的关系演进(涉及 JVM 参数:UseCompressedOops,UseCompressedClassPointers
      3. 压缩对象指针的不同模式与寻址优化机制(涉及 JVM 参数:ObjectAlignmentInBytes,HeapBaseMinAddress
    5. 为何预留第 0 页,压缩对象指针 null 判断擦除的实现(涉及 JVM 参数:HeapBaseMinAddress
    6. 结合压缩对象指针与前面提到的堆内存限制的初始化的关系(涉及 JVM 参数:HeapBaseMinAddress,ObjectAlignmentInBytes,MinHeapSize,MaxHeapSize,InitialHeapSize
    7. 使用 jol + jhsdb + JVM 日志查看压缩对象指针与 Java 堆验证我们前面的结论
      1. 验证 32-bit 压缩指针模式
      2. 验证 Zero based 压缩指针模式
      3. 验证 Non-zero disjoint 压缩指针模式
      4. 验证 Non-zero based 压缩指针模式
    8. 堆大小的动态伸缩(涉及 JVM 参数:MinHeapFreeRatio,MaxHeapFreeRatio,MinHeapDeltaBytes)(全网最硬核 JVM 内存解析 - 6.其他 Java 堆内存相关的特殊机制开始)
    9. 适用于长期运行并且尽量将所有可用内存被堆使用的 JVM 参数 AggressiveHeap
    10. JVM 参数 AlwaysPreTouch 的作用
    11. JVM 参数 UseContainerSupport - JVM 如何感知到容器内存限制
    12. JVM 参数 SoftMaxHeapSize - 用于平滑迁移更耗内存的 GC 使用
  4. JVM 元空间设计(全网最硬核 JVM 内存解析 - 7.元空间存储的元数据开始)
    1. 什么是元数据,为什么需要元数据
    2. 什么时候用到元空间,元空间保存什么 4.2.1. 什么时候用到元空间,以及释放时机 4.2.2. 元空间保存什么
    3. 元空间的核心概念与设计(全网最硬核 JVM 内存解析 - 8.元空间的核心概念与设计开始)
      1. 元空间的整体配置以及相关参数(涉及 JVM 参数:MetaspaceSize,MaxMetaspaceSize,MinMetaspaceExpansion,MaxMetaspaceExpansion,MaxMetaspaceFreeRatio,MinMetaspaceFreeRatio,UseCompressedClassPointers,CompressedClassSpaceSize,CompressedClassSpaceBaseAddress,MetaspaceReclaimPolicy
      2. 元空间上下文 MetaspaceContext
      3. 虚拟内存空间节点列表 VirtualSpaceList
      4. 虚拟内存空间节点 VirtualSpaceNodeCompressedClassSpaceSize
      5. MetaChunk
        1. ChunkHeaderPool 池化 MetaChunk 对象
        2. ChunkManager 管理空闲的 MetaChunk
      6. 类加载的入口 SystemDictionary 与保留所有 ClassLoaderDataClassLoaderDataGraph
      7. 每个类加载器私有的 ClassLoaderData 以及 ClassLoaderMetaspace
      8. 管理正在使用的 MetaChunkMetaspaceArena
      9. 元空间内存分配流程(
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