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）：

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
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）
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
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 VirtualSpaceNode 与 CompressedClassSpaceSize
  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 ClassLoaderData 的 ClassLoaderDataGraph
  7. 每个类加载器私有的 ClassLoaderData 以及 ClassLoaderMetaspace
  8. 管理正在使用的 MetaChunk 的 MetaspaceArena
  9. 元空间内存分配流程（