看完这篇文章你还敢说你懂JVM吗？

 引言

在一些物理内存为8g的服务器上，主要运行一个Java服务，系统内存分配如下：Java服务的JVM堆大小设置为6g，一个监控进程占用大约 600m，Linux自身使用大约800m。从表面上，物理内存应该是足够使用的;但实际运行的情况是，会发生大量使用SWAP(说明物理内存不够使用 了)，如下图所示。同时，由于SWAP和GC同时发生会致使JVM严重卡顿，所以我们要追问：内存究竟去哪儿了?

要分析这个问题，理解JVM和操作系统之间的内存关系非常重要。接下来主要就Linux与JVM之间的内存关系进行一些分析。

一、Linux与进程内存模型

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。

从硬件上看，Linux系统的内存空间由两个部分构成：物理内存和SWAP(位于磁盘)。物理内存是Linux活动时使用的主要内存区域;当物理内 存不够使用时，Linux会把一部分暂时不用的内存数据放到磁盘上的SWAP中去，以便腾出更多的可用内存空间;而当需要使用位于SWAP的数据时，必须 先将其换回到内存中。

从Linux系统上看，除了引导系统的BIN区，整个内存空间主要被分成两个部分：内核内存(Kernel space)、用户内存(User space)。

内核内存是Linux自身使用的内存空间，主要提供给程序调度、内存分配、连接硬件资源等程序逻辑使用。用户内存是提供给各个进程主要空间，Linux给 各个进程提供相同的虚拟内存空间;这使得进程之间相互独立，互不干扰。实现的方法是采用虚拟内存技术：给每一个进程一定虚拟内存空间，而只有当虚拟内存实 际被使用时，才分配物理内存。如下图所示，对于32的Linux系统来说，一般将0～3G的虚拟内存空间分配做为用户空间，将3～4G的虚拟内存空间分配 为内核空间;64位系统的划分情况是类似的。

从进程的角度来看，进程能直接访问的用户内存(虚拟内存空间)被划分为5个部分：代码区、数据区、堆区、栈区、未使用区。代码区中存放应用程序的机 器代码，运行过程中代码不能被修改，具有只读和固定大小的特点。数据区中存放了应用程序中的全局数据，静态数据和一些常量字符串等，其大小也是固定的。堆 是运行时程序动态申请的空间，属于程序运行时直接申请、释放的内存资源。栈区用来存放函数的传入参数、临时变量，，以及返回地址等数据。未使用区是分配新内 存空间的预备区域。

二、进程与JVM内存模型

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:

需要说明的是，这个模型的并不是JVM内存使用的精确模型，更侧重于从操作系统的角度而省略了一些JVM的内部细节(尽管也很重要)。下面从用户内存和内核内存两个方面讲解JVM进程的内存特点。

1.用户内存

上图特别强调了JVM进程模型的代码区和数据区指的是JVM自身的，而非Java程序的。普通进程栈区，在JVM一般仅仅用做线程栈。JVM的堆区和普通进程的差别是最大的，下面具体详细说明：

首先是永久代。永久代本质上是Java程序的代码区和数据区。Java程序中类(class)，会被加载到整个区域的不同数据结构中去，包括常量 池、域、方法数据、方法体、构造函数、以及类中的专用方法、实例初始化、接口初始化等。这个区域对于操作系统来说，是堆的一个部分;而对于Java程序来 说，这是容纳程序本身及静态资源的空间，使得JVM能够解释执行Java程序。

其次是新生代和老年代。新生代和老年代才是Java程序真正使用的堆空间，主要用于内存对象的存储;但是其管理方式和普通进程有本质的区别。

普通进程在运行时给内存对象分配空间时，比如C++执行new操作时，会触发一次分配内存空间的系统调用，由操作系统的线程根据对象的大小分配好空间后返 回;同时，程序释放对象时，比如C++执行delete操作时，也会触发一次系统调用，通知操作系统对象所占用的空间已经可以回收。

JVM对内存的使用和一般进程不同。JVM向操作系统申请一整段内存区域(具体大小可以在JVM参数调节)作为Java程序的堆(分为新生代和老年代); 当Java程序申请内存空间，比如执行new操作，JVM将在这段空间中按所需大小分配给Java程序，并且Java程序不负责通知JVM何时可以释放这 个对象的空间，垃圾对象内存空间的回收由JVM进行。

JVM的内存管理方式的优点是显而易见的，包括：第一，减少系统调用的次数，JVM在给Java程序分配内存空间时不需要操作系统干预，仅仅在 Java堆大小变化时需要向操作系统申请内存或通知回收，而普通程序每次内存空间的分配回收都需要系统调用参与;第二，减少内存泄漏，普通程序没有(或者 没有及时)通知操作系统内存空间的释放是内存泄漏的重要原因之一，而由JVM统一管理，可以避免程序员带来的内存泄漏问题。

（编辑：常州站长网）

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