JVM之堆和方法区

目录

1.堆

1.1 堆的结构

1.1.1 新生代（Young Generation）

1.1.2 年老代（Old Generation）

1.1.3 永久代/元空间（Permanent Generation/Metaspace）

 1.2 堆的内存溢出

1.3 堆内存诊断

1.3.1 jmap

1.3.2 jvisualvm

2. 方法区

2.1 方法区的结构

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1.堆

JVM堆是Java程序运行时内存管理的核心，它主要用于存储对象实例和数组。堆内存的特点是动态分配和回收，它允许对象的创建和销毁，同时也需要注意内存泄漏和性能问题。

1.1 堆的结构

JVM堆通常被分为三个主要部分：

1.1.1 新生代（Young Generation）

新生代用于存储刚刚被创建的对象。它被分为三个区域：Eden空间和两个Survivor空间（通常称为From和To空间）。新创建的对象首先被分配到Eden空间，经过一次垃圾回收后，仍然存活的对象会被移到Survivor空间。多次循环后，仍然存活的对象会被移到年老代。

1.1.2 年老代（Old Generation）

年老代用于存储生命周期较长的对象。在新生代中经过多次垃圾回收后，仍然存活的对象会被晋升到年老代。年老代中的对象一般需要经历更多的垃圾回收周期才会被回收。

1.1.3 永久代/元空间（Permanent Generation/Metaspace）

在早期的JVM版本中，永久代用于存储类的元数据、方法信息以及静态变量。然而，由于永久代容易导致内存泄漏和溢出问题，1.8后JVM引入了元空间来代替。元空间的元数据存储在本地内存中，不再受到固定大小的限制。

jdk1.8以及之后：在堆内存中，逻辑上存在，物理上不存在（元空间使用的是本地内存），如下图：

什么是永久代和元空间？

方法区是一种规范，不同的虚拟机厂商可以基于规范做出不同的实现，永久代和元空间就是出于不同jdk版本的实现。
方法区就像是一个接口，永久代与元空间分别是两个不同的实现类。
只不过永久代是这个接口最初的实现类，后来这个接口一直进行变更，直到最后彻底废弃这个实现类，由新实现类—元空间进行替代。

 1.2 堆的内存溢出

使用如下代码：

public class a {
    public static void main(String[] args)  {
        List list=new ArrayList<>();
        String a="hello";
        while (true){
            a=a+a;
            list.add(a);
        }
    }
}

执行以上代码后就会发生堆内存溢出如下图：

Java堆的大小可以通过命令行参数来配置，主要参数包括：

• -Xms：设置堆的初始大小。
• -Xmx：设置堆的最大大小。

通常，将这两个参数设置为相同的值可以减少堆的动态调整，提高性能。例如：

java -Xms512m -Xmx512m -jar YourApp.jar

这将设置堆的初始大小和最大大小都为512兆字节。

1.3 堆内存诊断

1.3.1 jmap

首先jps找到java运行的进程，然后jmap -heap 进程id就可以查看堆内存了，如下图：

1.3.2 jvisualvm

执行下面的代码：

public class a {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(30000);
        byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 50];
        System.out.println("-------");
       Thread.sleep(30000);
        bytes=null;
        System.out.println("-------");
        Thread.sleep(30000);
    }
}

然后执行jvisualvm会得出如下图：当bytes=null后进行垃圾回收后，内存占用直接减少50M。如下图：

2. 方法区

方法区（Method Area）是JVM的另一个重要内存区域，它主要用于存储类的元数据、静态变量、常量池以及方法代码。

2.1 方法区的结构

方法区包含以下主要部分：

类的元数据

方法区存储了每个类的元数据，包括类名、父类、接口、字段、方法等信息。这些信息在程序运行时起到重要作用，例如方法的调用和字段的访问。

 静态变量

静态变量属于类，不属于对象的实例。这些变量在类加载时初始化，存在于方法区中。

常量池

常量池包含了类中使用的常量，例如字符串、数字、类名等。它为类的运行时常量提供了存储空间。

方法代码

方法区存储了类中的方法代码，包括字节码指令和方法的字节码表示。这些代码在方法被调用时执行。

在早期的JVM版本中，方法区被实现为永久代。然而，由于永久代的内存泄漏和性能问题，JVM在较新的版本中引入了元空间来替代永久代。元空间的好处是不再受限于固定大小，避免了永久代引起的一些问题。如下图：