JVM HotSpot 之 内存结构演进过程

1、前提

如题，此文的内容是基于 SUN JVM HotSpot 。

2、JVM 体系结构

首先，简单说下JVM的体系结构，JVM 主要分为三个系统：类加载器子系统、运行时数据区、执行引擎，如下图：

本文要讲的 「内存结构」 属于 「运行时数据区」。

3、演进

在网上找到一张 1.6、1.7、1.8 的演进过程（原图出处： https://www.jianshu.com/p/8d24230767a4 ）。觉得还是很清晰的，这里那里引用下：）。

依据上图的内容，我又梳理了一个差异表格，如下：

通过上边表格我们可以看出来，1.6、1.7、1.8 这三个版本，变化最大的是 「方法区」 和 「元空间」。1.8 用 「元空间」 取代了 「方法区（永久代）」，如下图：

在 1.8 中，内存结构主要由三大块组成：堆内存、元空间、栈。这里堆内存占据了最大的一块儿区域，Ta 由 新生代 和 老年代 组成，分别占据了堆内存空间的 1/3 和 2/3 。而 新生代 又分为三个部分，Eden、From Survivor、To Survivor，他们占据新生代空间的比例为 8:1:1（可调节）。

我们可以通过以下几个参数来对 堆内存（Heap） 的空间进行设置，如下：

在 JVM 的参数中没有专门用来设置 老年代 大小的，但是我们可以通过公式 -Xmx = -Xmn + 老年代 这个公式，来得知 -Xmx 减去 -Xmn 就是老年代的大小了。

默认空余堆内存小于 40% 时，JVM 就会增大堆直到 -Xmx 的最大限制；空余堆内存大于 70% 时，JVM 会减小堆直到 -Xms 的最小限制。所以服务器通常设置 -Xms 与 -Xmx 相等以免在每次 GC 后调整堆的大小。

4、对「方法区」、「永久代」、「元空间」的理解

4.1 方法区

在 Java 虚拟机中，方法区是一块儿可供 各线程共享 的 运行时数据区。不同的 JVM 版本，方法区中存储的数据略有不同（详见上图）。

方法区 作为一个概念在 《Java虚拟机规范》只是规定它的作用，但是并没有规定怎么去实现 Ta。这样就造成了各个 JVM 厂家，对自家的 JVM 中的 方法区 的实现也各不相同。

在《Java虚拟机规范》中 Ta 被描述为 堆（Heap） 的一个逻辑部分，Ta 还有一个别名叫 Non-Heap（非堆），这是为了与 Java Heap 来做区分。

4.2 永久代（PermGen）

这里的 永久代 其实就是 Sun 推出的 JVM 产品 HotSpot 对 方法区 的实现，其他虚拟机实现并没有 永久代 这一概念，也就是说 永久代 是 HotSpot 的专属概念，例如： JRockit（Oracle）、J9（IBM） 中就没有 永久代。

方法区 和 永久代 的关系，和 Java 中的 接口 和 类 类似（接口 = 方法区；类 = 永久代），永久代 只是 方法区 这个 接口 的一个实现而已。

我们可以通过以下 JVM 参数来调节方法区的大小：

误解：

网络上很多文章有这样一个说法：

通过设置 -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 可以调节 非堆（Non-Heap） 内存的大小 。

说可以调节 非堆（Non-heap） 内存的大小，其实是不准确的。严格说来这两个参数只对调节 永久代（HotSpot 对方法区的实现） 的大小有效。之所以这么说，是因为以下两点：

1. 首先其他 JVM 厂商，在实现自家虚拟机的时候，不存在 永久代 这个概念（ 永久代 只存在于 HotSpot 中），所以也就没有 -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 这两个参数。想让这两个参数在其他 非HotSpot 的虚拟机中起作用也就不可能了。
2. 就算是同为 HotSpot JVM，在 1.8 版本中，由于 永久代 被 元空间 取代，-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 这两个参数也同时被新的参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 所替代。

综上所述，我的理解是 -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 与 永久代 是一体的，同生同死的关系。

最后，还有一个比较有迷惑性的问题：

永久代 真的会像名字一样永远都不会进行垃圾收集吗？

答案是否定的。首先，HotSpot 设计团队之所以用 永生代 来实现 方法区，就是为了要复用HotSpot 的垃圾收集器，这样 GC分代收集 就可以扩展到方法区了。永久代不代表永远不进行垃圾收集，只是因为这个区域内的回收结果很难令人满意，尤其是类的卸载，条件特别的苛刻。

4.3 元空间（Metaspace）

元空间 这个概念是在 JDK1.8 HotSpot JVM 中出现的，Ta 作为 方法区 的另一个 实现 取代了之前的 永久代。

元空间 与 永久代 的最大的不同是：元空间 并不在虚拟机中，Ta 使用的是 本地内存。因此，默认情况下，元空间 的大小仅受 本地内存限制，但我们可以通过对以下 JVM 参数的设置来调整 元空间 的大小：

除了上面两个指定大小的参数以外，还有两个与 GC 相关的参数：