【深入理解Java虚拟机】JVM内存结构

注意区分内存模型和内存结构

Linux与JVM内存关系

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JVM以一个进程（Process）的身份运行在Linux系统上，了解Linux与进程的内存关系，是理解JVM与Linux内存的关系的基础。
下图给出了硬件、系统、进程三个层面的内存之间的概要关系。

JVM本质就是一个进程，因此其内存模型也有进程的一般特点。但是，JVM又不是一个普通的进程，其在内存模型上有许多崭新的特点，主要原因有两个：1.JVM将许多本来属于操作系统管理范畴的东西，移植到了JVM内部，目的在于减少系统调用的次数；2. Java NIO，目的在于减少用于读写IO的系统调用的开销。 JVM进程与普通进程内存模型比较如下图:

JVM内存结构

线程共享的

• 堆：存放对象实例，java虚拟机管理内存的最大一块，细分为新生代（eden，form survivor，to survivor）老年代
• 方法区（永久代）：类的信息，常量，静态变量（1.8换成metaspace）注意方法区是非堆，不过HotSpot虚拟机也收集

非共享

• 程序计数器：当前线程执行的字节码行号指示器
• 本地方法栈：Native方法
• 虚拟机栈：基本数据类型，对象引用

常量池：1.6之前永久带，1.7之后堆

直接内存：并不是虚拟机运行的数据区的一部分，支持NIO，引入的一种基于channel buffer的I/O方式

NIO

上图给出了Java NIO使用的内核内存在linux系统中的分布情况。nio buffer主要包括：nio使用各种channel时所使用的ByteBuffer、Java程序主动使用ByteBuffer.allocateDirector申请分配的Buffer。而在PageCache里面，nio使用的内存主要包括：FileChannel.map方式打开文件占用mapped、FileChannel.transferTo和FileChannel.transferFrom所需要的Cache（图中标示 nio file）。

Linux和Java NIO在内核内存上开辟空间给程序使用，主要是减少不要的复制，以减少IO操作系统调用的开销。例如，将磁盘文件的数据发送网卡，使用普通方法和NIO时，数据流动比较下图所示：

将数据在内核内存和用户内存之间拷贝是比较消耗资源和时间的事情，而从上图我们可以看到，通过NIO的方式减少了2次内核内存和用户内存之间的数据拷贝。这是Java NIO高性能的重要机制之一（另一个是异步非阻塞）。

从上面可以看出，内核内存对于Java程序性能也非常重要，因此，在划分系统内存使用时候，一定要给内核留出一定可用空间。