JVM——方法区
文章目录
- 1. 什么是方法区
- 2. 永久代与元空间
- 3. 常量池与运行时常量池
- 4. 方法区垃圾回收
- 5. 示例
1. 什么是方法区
方法区，也称非堆（Non-Heap），是一个被线程共享的内存区域。
其中主要存储加载的类字节码、class/method/field等元数据对象、static-final常量、static变量、jit编译器编译后的代码缓存等数据。另外，方法区包含了一个特殊的区域“运行时常量池”。
方法区包含：
- 类信息：修饰符(public、abstract、final)、全类名、接口列表、父类全类名
- 域(Field，即方法中成员变量)信息：域名称、域类型、域修饰符：
private int num; - 方法信息：方法名称、返回类型、参数名称及类型、异常信息等：
public void delete (String path) throws IOException{ } - 运行时常量池：字面值（比如字符串值）、符号引用
- 静态变量（static、非final）：静态变量会在类加载时，赋初始值；final变量（常量）在编译期就被确定，放在运行时常量池中
- 对类加载器的引用
- 对Class类的引用
- 方法表
2. 永久代与元空间
方法区是JVM的规范，永久代与元空间是HotSpot JVM两种落地实现方式。 jdk1.7通过永久代实现，jdk1.8通过元空间实现
- PermGen Space（永久代）
永久代指的是永久保存区域，逻辑上属于堆空间。主要存放Class和Meta（元数据）的信息。Classic在被加载的时候被放入永久代。
- MetaSpace（元空间）
元空间和永久代类似，都是对JVM规范中方法的实现。不过元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。默认情况下，元空间的大小仅受本地内存的限制。类的元数据放入native memory，字符串池和类的静态变量放入java堆中。
-XX:MetaspaceSize ，初始空间大小
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间
- 采用元空间而不用永久代的原因
- 元数据（比如字符串）和class对象存放在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出
- 类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代大小指定比较困难，大小容易出现永久代溢出，太大容易导致老年代溢出（堆内存不变，此消彼长）
- 永久代会为GC带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低
| 版本 | 变化 |
|---|---|
| jdk1.6 | 有永久代，静态变量存放在永久代上 |
| jdk1.7 | 有永久代，但已逐步“去永久代”，字符串常量池、静态变量从永久代中移除，存放在堆中 |
| jdk1.8 | 无永久代，类型信息、字段、方法、常量保存在本地内存的元空间，但字符串常量池、静态变量保存在堆中 |
3. 常量池与运行时常量池
以上述字节码文件为例
public void test1() {
int count =20;
System.out.println("count="+count);
}
编译得到字节码文件
0 bipush 20
2 istore_1
3 getstatic #3 <java/lang/System.out>
6 new #4 <java/lang/StringBuilder>
9 dup
10 invokespecial #5 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 ldc #6 <count=>
15 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
18 iload_1
19 invokevirtual #8 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 invokevirtual #10 <java/io/PrintStream.println>
28 return
以其中第3行为例：调用 #3
/* Fieldref：指向字段的符号引用 */
#3 = Fieldref #44.#45 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
/* Class：指向类（包括数组类、枚举类）和接口的符号引用 */
#44 = Class #63 // java/lang/System
/* NameAndType：给出字段或方法的名称和描述符 */
#45 = NameAndType #64:#65 // out:Ljava/io/PrintStream;
/* Utf8：存放MUTF-8编码的字符串 */
#63 = Utf8 java/lang/System
#64 = Utf8 out
#65 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
第6行：new #4
#4 = Class #46 // java/lang/StringBuilder
#46 = Utf8 java/lang/StringBuilder
第10行：invokespecial #5
#5 = Methodref #4.#42 // java/lang/StringBuilder."":()V
#4 = Class #46 // java/lang/StringBuilder
#42 = NameAndType #25:#26 // "":()V
#46 = Utf8 java/lang/StringBuilder
#25 = Utf8 <init>
#26 = Utf8 ()V
所以，常量池中至少包含：
- 字符串值：
#6 = String #47 // count= - 字段的符号引用：
#3 = Fieldref #44.#45 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; - 类的符号引用：
#44 = Class #63 // java/lang/System - 方法的符号引用：
#45 = NameAndType #64:#65 - 等其他信息，可参考：常量池中存储的数据类型
什么是运行时常量池？
- 常量池是Class文件中的一部分，用于存储编译器生成的各种字面量与符号引用
- 常量池中内容经过Class Loader过程存放到方法区中的运行时常量池
- 相比常量池，具有动态性
4. 方法区垃圾回收
主要回收：
- 废弃的常量
- 不再使用的类型（判断起来很麻烦）
- 该类所有的实例被回收
- 加载该类的加载器被回收
- 该类不被引用，无法通过反射访问该类的方法
5. 示例
- 使用字节码文件分析方法区
public class TestMethodArea extends Object implements Comparable<String>,Serializable{
//属性
public int num=10;
private static String s="测试方法区内部结构";
//构造器，使用默认的
//自定义方法
public void test1() {
int count =20;
System.out.println("count="+count);
}
public static int test2(int cal) {
int res=0;
try {
int val=20;
res=val/cal;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return res;
}
//继承接口重写的方法
@Override
public int compareTo(String o) {
return 0;
}
}
- 编译：javac TestMethodArea.java
- 反编译：javap -v -p TestMethodArea.class > test1.txt
- 打开test1.txt
Classfile /C:/Users/cc/Desktop/TestMethodArea.class
Last modified 2020-8-3; size 1338 bytes
MD5 checksum 6deebe9989d830f376c1755cb0562380
Compiled from "TestMethodArea.java"
//方法信息
public class com.cc.methodarea.TestMethodArea extends java.lang.Object implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable
minor version: 0
major version: 52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
//常量池
Constant pool:
#1 = Methodref #18.#42 // java/lang/Object."":()V
#2 = Fieldref #17.#43 // com/cc/methodarea/TestMethodArea.num:I
#3 = Fieldref #44.#45 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#4 = Class #46 // java/lang/StringBuilder
#5 = Methodref #4.#42 // java/lang/StringBuilder."":()V
#6 = String #47 // count=
#7 = Methodref #4.#48 // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#8 = Methodref #4.#49 // java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
#9 = Methodref #4.#50 // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
#10 = Methodref #51.#52 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
#11 = Class #53 // java/lang/Exception
#12 = Methodref #11.#54 // java/lang/Exception.printStackTrace:()V
#13 = Class #55 // java/lang/String
#14 = Methodref #17.#56 // com/cc/methodarea/TestMethodArea.compareTo:(Ljava/lang/String;)I
#15 = String #57 // 测试方法区内部结构
#16 = Fieldref #17.#58 // com/cc/methodarea/TestMethodArea.s:Ljava/lang/String;
#17 = Class #59 // com/cc/methodarea/TestMethodArea
#18 = Class #60 // java/lang/Object
#19 = Class #61 // java/lang/Comparable
#20 = Class #62 // java/io/Serializable
#21 = Utf8 num
#22 = Utf8 I
#23 = Utf8 s
#24 = Utf8 Ljava/lang/String;
#25 = Utf8 <init>
#26 = Utf8 ()V
#27 = Utf8 Code
#28 = Utf8 LineNumberTable
#29 = Utf8 test1
#30 = Utf8 test2
#31 = Utf8 (I)I
#32 = Utf8 StackMapTable
#33 = Class #53 // java/lang/Exception
#34 = Utf8 compareTo
#35 = Utf8 (Ljava/lang/String;)I
#36 = Utf8 (Ljava/lang/Object;)I
#37 = Utf8 <clinit>
#38 = Utf8 Signature
#39 = Utf8 Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable<Ljava/lang/String;>;Ljava/io/Serializable;
#40 = Utf8 SourceFile
#41 = Utf8 TestMethodArea.java
#42 = NameAndType #25:#26 // "":()V
#43 = NameAndType #21:#22 // num:I
#44 = Class #63 // java/lang/System
#45 = NameAndType #64:#65 // out:Ljava/io/PrintStream;
#46 = Utf8 java/lang/StringBuilder
#47 = Utf8 count=
#48 = NameAndType #66:#67 // append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#49 = NameAndType #66:#68 // append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
#50 = NameAndType #69:#70 // toString:()Ljava/lang/String;
#51 = Class #71 // java/io/PrintStream
#52 = NameAndType #72:#73 // println:(Ljava/lang/String;)V
#53 = Utf8 java/lang/Exception
#54 = NameAndType #74:#26 // printStackTrace:()V
#55 = Utf8 java/lang/String
#56 = NameAndType #34:#35 // compareTo:(Ljava/lang/String;)I
#57 = Utf8 测试方法区内部结构
#58 = NameAndType #23:#24 // s:Ljava/lang/String;
#59 = Utf8 com/cc/methodarea/TestMethodArea
#60 = Utf8 java/lang/Object
#61 = Utf8 java/lang/Comparable
#62 = Utf8 java/io/Serializable
#63 = Utf8 java/lang/System
#64 = Utf8 out
#65 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
#66 = Utf8 append
#67 = Utf8 (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#68 = Utf8 (I)Ljava/lang/StringBuilder;
#69 = Utf8 toString
#70 = Utf8 ()Ljava/lang/String;
#71 = Utf8 java/io/PrintStream
#72 = Utf8 println
#73 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
#74 = Utf8 printStackTrace
{
//域信息
public int num;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC
private static java.lang.String s;
descriptor: Ljava/lang/String;
flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC
//默认构造器 init方法
public com.cc.methodarea.TestMethodArea();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V
4: aload_0
5: bipush 10
7: putfield #2 // Field num:I
10: return
LineNumberTable:
line 5: 0
line 7: 4
//方法信息
public void test1();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
//字节码
Code:
//操作数栈、局部变量表、参数大小（指this对象）
stack=3, locals=2, args_size=1
0: bipush 20
2: istore_1
3: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
6: new #4 // class java/lang/StringBuilder
9: dup
10: invokespecial #5 // Method java/lang/StringBuilder."":()V
13: ldc #6 // String count=
15: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
18: iload_1
19: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
22: invokevirtual #9 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
25: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
28: return
LineNumberTable:
line 14: 0
line 15: 3
line 16: 28
public static int test2(int);
descriptor: (I)I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=1（指int形参、static没有this类型）
0: iconst_0
1: istore_1
2: bipush 20
4: istore_2
5: iload_2
6: iload_0
7: idiv
8: istore_1
9: goto 17
12: astore_2
13: aload_2
14: invokevirtual #12 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
17: iload_1
18: ireturn
//异常表
Exception table:
from to target type
2 9 12 Class java/lang/Exception
LineNumberTable:
line 18: 0
line 20: 2
line 21: 5
line 24: 9
line 22: 12
line 23: 13
line 25: 17
StackMapTable: number_of_entries = 2
frame_type = 255 /* full_frame */
offset_delta = 12
locals = [ int, int ]
stack = [ class java/lang/Exception ]
frame_type = 4 /* same */
public int compareTo(java.lang.String);
descriptor: (Ljava/lang/String;)I
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=2, args_size=2
0: iconst_0
1: ireturn
LineNumberTable:
line 31: 0
public int compareTo(java.lang.Object);
descriptor: (Ljava/lang/Object;)I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_BRIDGE, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=2
0: aload_0
1: aload_1
2: checkcast #13 // class java/lang/String
5: invokevirtual #14 // Method compareTo:(Ljava/lang/String;)I
8: ireturn
LineNumberTable:
line 5: 0
static {};
descriptor: ()V
flags: ACC_STATIC
Code:
stack=1, locals=0, args_size=0
0: ldc #15 // String 测试方法区内部结构
2: putstatic #16 // Field s:Ljava/lang/String;
5: return
LineNumberTable:
line 8: 0
}
Signature: #39 // Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable;Ljava/io/Serializable;
SourceFile: "TestMethodArea.java"