JVM之运行时数据区 方法区

概述

《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，但一些简单的实现可能不会选择去垃圾收集或者进行压缩”，但对于HosSpotJVM而言，方法区还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和对分开
所以，方法区看作是独立于Java堆的内存空间

• 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域
• 方法区在JVM启动的时候被创建，并且它的实际的物理内存空间中和Java堆区一样可以是不连续的
• 方法区的大小，跟堆空间一样，可以选择固定大小或者可扩展
• 方法区的大小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，虚拟机同样会抛出内存溢出错误：Java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space或者Java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
• 关闭JVM就会释放这个区域的内存

• 在JDK7及以前，习惯上把方法区，称为永久代。jdk8开始，使用元空间取代了永久代
• 本质上，方法区和永久代并不等价。仅是对hotspot而言。《Java虚拟机规范》对如何实现方法区，不做统一要求。例如：BEA JRockit/ IBM J9中不存在永久代的概念
  • 现在来看，当前使用元空间不是很好的idea。导致Java程序更容易OOM（超过 -XX:MaxPermSize上限）
• 而到JDK8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Metaspace）来代替
• 元空间的本质区别和永久代类似，都是对JVM规范中的方法区的实现。不过元空间与永久代的最大区别在于：元空间不在虚拟机设置的内存，而是在使用本地内存
• 永久代、元空间二者并不只是名字变了，内存结构也调整了
• 根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OOM异常

设置方法区的大小参数

JDK8以后：

• 元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize指定，替代上述原有的两个参数
• 默认值依赖于操作系统
  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的内存。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，Full GC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Full GC多次调用。为了避免频繁的GC，建议将-XX:MetaspaceSize设置为一个相对较高的值

如何解决这些OOM

1. 要解决OOM异常或heap space的异常，一般的手段是首先通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyer）对dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是有必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）
2. 如果是内存泄漏，可以进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收他们的。掌握了泄漏对象的类型信息，以及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确的定位泄露代码的位置
3. 如果不存在内存泄漏，换句话说就是内存中确实有对象还活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（-Xmx 与 -Xms），与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持久状态时长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗

内部结构

补充

non-final的类变量

• 静态变量和类关联在一起，随着类的加载而加载，他们成为类数据在逻辑上的一部分
• 类变量被类的所有实例共享，即时没有类实例时您也可以访问他

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
         Order order = null;
        System.out.println(order.num); // 虽然idea编译不通过 ，但是可以运行
    }
}
class Order{
    public static Integer num = 1;
}

全局变量：static final

被声明为final的类变量的处理方法不同，每个全局常量在编译的时候就会被分配了

常量池

• 方法区，内部包含了运行时常量池
• 字节码文件，内部包含了常量池
• 要弄清楚方法区，需要理解清除ClassFile，因为加载类的信息都在方法区
• 要弄清楚方法区的运行时常量池，需要理解清除Classfile中的常量池
  
  

小结：常量池，可以看做是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等类型

运行时常量池

• 运行时常量池是方法区的一部分
• 常量池表 是Class 文件的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池
• 运行时常量池，在加载类和接口到虚拟机后，就会创建对应的运行时常量池
• JVM为每个已加载的类型（类或接口）都维护一个常量池。池中的数据项像数组项一样，是通过索引访问的
• 运行时常量池中包含多种不同的常量，包含编译期就已经明确的数值字面量，也包括到运行期解析后才能或得到的方法或者字段引用。此时不再是常量池中的符号地址了，这里换位真实地址
  • 运行时常量池，相对于Class文件常量池的另一重要特征是：具备动态性
    String.intern()
• 运行时常量池类似传统编程语言的符号表（symbol table），但是他所包含的数据却别符号表要更丰富
• 当创建类或接口的运行时常量池是，如果构造运行时常量池所需要的内存空间超过了方法区所提供的的最大值，则会OOM

方法区的演进

永久代为什么要被元空间替换？

• 随着Java8 的到来，HotSpot VM中再也见不到永久代了。但是这并不意味着类的原数据信息也消失了。这些数据被移到了一个与 堆不相连的本地内存区域，这个区域叫做元空间
• 由于类的原数据分配在本地内存中，元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间
• 这项改动是很有必要的，原因有：
  （1）为永久代设置空间大小是很难确定的
  （2）对永久代调优困难

StringTable为什么要调整？

方法区垃圾回收

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