JVM 运行时内存空间详解——方法区

通过上一篇文章，我们大体了解了JVM的整体架构，其分为：元数据（JDK7是方法区）、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器几个部分。

本篇文章，咱们对方法区进行剖析，一探究竟。

1. 方法区的理解

方法区（Method Area） 与Java堆一样， 是各个线程共享的内存区域， 它用于存储已被虚拟机加载 的类型信息、常量、 静态变量、 即时编译器编译后的代码缓存等数据。
【oracle官方文档】The Structure of the Java Virtual Machine

《Java虚拟机规范》中明确说明：“尽管所有的方法区在逻辑上是属于堆的一部分，但些简单的实现可能不会选择去进行垃圾收集或者进行压缩”。对HotSpot而言，方法区还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），的就是要和堆分开。

元空间、永久代是方法区具体的落地实现。方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间，它主要是用来存储所加载的类信息的.

创建对象各数据区域的声明：

方法区的特点:

• 方法区与堆一样是各个线程共享的内存区域
• 方法区在JVM启动的时候就会被创建并且它实例的物理内存空间和Java堆一样都可以不连续
• 方法区的大小跟堆空间一样 可以选择固定大小或者动态变化
• 方法区的对象决定了系统可以保存多少个类,如果系统定义了太多的类导致方法区溢出,虚拟机同样会跑出(OOM)异常(Java7之前是 PermGen Space (永久带) Java 8之后是MetaSpace(元空间) )
• 关闭JVM就会释放这个区域的内存

2. 方法区的结构

类加载器将Class文件加载到内存之后，将类的信息存储到方法区中。
方法区中存储的内容：
类型信息（域信息、方法信息）
运行时常量池

类型信息
对每个加载的类型（类Class、接口 interface、枚举enum、注解 annotation），JVM必须在方法区中存储以下类型信息：
① 这个类型的完整有效名称（全名 = 包名.类名）
② 这个类型直接父类的完整有效名（对于 interface或是java.lang. Object，都没有父类）
③ 这个类型的修饰符（ public, abstract，final的某个子集）
④ 这个类型直接接口的一个有序列表

域信息
域信息，即为类的属性，成员变量
JVM必须在方法区中保存类所有的成员变量相关信息及声明顺序。
域的相关信息包括：域名称、域类型、域修饰符（pυblic、private、protected、static、final、volatile、transient 的某个子集）

方法信息
JVM必须保存所有方法的以下信息，同域信息一样包括声明顺序：

1. 方法名称方法的返回类型（或void） 2. 方法参数的数量和类型（按顺序）
2. 方法的修饰符public、private、protected、static、final、synchronized、native,、abstract的一个子集
3. 方法的字节码bytecodes、操作数栈、局部变量表及大小（ abstract和native方法除外）
4. 异常表（ abstract和 native方法除外）。每个异常处理的开始位置、结束位置、代码处理在程序计数器中的偏移地址、被捕获的异常类的常量池索引

示例代码

package com.zwt;

import java.io.Serializable;

public class MethodAreaTest extends Object implements Serializable {

    private static String name = "hello java";

    public MethodAreaTest(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int x = 100;
        int y = 100;
        int result = testSum(x, y);
        System.out.println(result);
    }

    public static int testSum(int x , int y){
        return  x + y;
    }
}

1.在字节码文件打开控制台

2.在控制台执行如下命令, 将MethodAreaTest,将方法区的信息写到test.txt文件中. ps: 不加管道符">" 则将信息写到控制台.

javap -v MethodAreaTest > test.txt

3.生成了1个test.txt文件

4.点开可查看相关的方法区信息:

2. 设置方法区的大小

方法区的大小不必是固定的，JVM可以根据应用的需要动态调整。

(1) jdk7及以前

• 通过-XX:Permsize来设置永久代初始分配空间。默认值是20.75M
• -XX:MaxPermsize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M，64位机器模式是82M
• 当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报异常OutofMemoryError:PermGen space。

查看JDK PermSpace区域默认大小

jps #是java提供的一个显示当前所有java进程pid的命令
jinfo -flag PermSize 进程号 #查看进程的PermSize初始化空间大小
jinfo -flag MaxPermSize 进程号 #查看PermSize最大空间

(2) JDK8以后

• 元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize指定.
• 默认值依赖于平台。windows下，-XX:MetaspaceSize是21M，-XX:MaxMetaspaceSize的值是-1，即没有限制。
• 与永久代不同，如果不指定大小，默认情况下，虚拟机会耗尽所有的可用系统内存。如果元数据区发生溢出，虚拟机一样会抛出异常OutOfMemoryError:Metaspace
• -XX:MetaspaceSize：设置初始的元空间大小。对于一个64位的服务器端JVM来说，其默认的-xx:MetaspaceSize值为21MB。这就是初始的高水位线，一旦触及这个水位线，FullGC将会被触发并卸载没用的类（即这些类对应的类加载器不再存活）然后这个高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放了多少元空间。如果释放的空间不
  足，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。如果释放空间过多，则适当降低该值。
• 如果初始化的高水位线设置过低，上述高水位线调整情况会发生很多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到FullGC
  多次调用。为了避免频繁地GC，建议将-XX:MetaspaceSize设置为一个相对较高的值。

jps #查看进程号
jinfo -flag MetaspaceSize 进程号 #查看Metaspace 最大分配内存空间
jinfo -flag MaxMetaspaceSize 进程号 #查看Metaspace最大空间

示例代码

public class HelloWorld {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        System.out.println("Hello World");

        Thread.sleep(2000000);
    }
}

运行程序,打开终端,执行jps命令

可以看到正在运行的 HelloWorld进程号是7088

再执行"jinfo -flag MetaspaceSize 7088"命令,查看本进程的元空间大小(jdk8的情况)

得到默认情况下的元空间大小是: 21807104, 约等于21m.
重新设置元空间大小, 最小100m,最大500m

-XX:MetaspaceSize=100m -XX:MaxMetaspaceSize=500m
再次执行命令查看大小,元空间大小已经改变

最小的空间变成104857600, 104857600/1024/1024=100m
同理,也可以通过命令查看最大元空间 jinfo -flag MaxMetaspaceSize 进程号.
如果是jdk1.7, 也可以查看永久代.