JVM详解（九）方法区
文章目录
- JVM详解（九）方法区
- 在这里感谢尚硅谷JVM(宋红康)，在此记录一下自己详细对学习笔记，希望对你有所帮助。
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- 一、方法区概述——堆栈方法区间的交互关系
- 二、方法区的理解
- 三、Hotspot中方法区的演进
- 四、设置方法区大小的参数
- 五、OOM:PermGen和OOM:Metaspace
- 六、方法区内部结构
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- 第一部分：
- 第二部分：
- 七、class文件中常量池的理解
- 八、运行时常量池的理解
- 九、图示举例方法区的使用
- 十、方法区在jdk6、jdk7、jdk8中的演进细节
- 十一、StringTable为什么要调整位置
- 十二、如何证明静态变量存在哪
- 十三、方法区的垃圾回收行为
- 十四、运行时数据区的总结与常见大肠面试题说明
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在这里感谢尚硅谷JVM(宋红康)，在此记录一下自己详细对学习笔记，希望对你有所帮助。
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一、方法区概述——堆栈方法区间的交互关系
方法区也是除堆空间之外非常重要的结构
从内存结构上来讲，这就是一个运行时数据区中的完整结构
我们要了解平常这些反复是怎么分配到栈、堆、方法区的，他们三者是如何配合的
由于堆和元空间是线程共享的，他们通信更方便，但是要考虑到线程安全的问题，尤其是在这个堆空间。元空间除了你动态加载的这个时候，一般情况下是比较稳定的，所以它的gc不会像堆空间那样频繁。
至于右边他们要报错就是StackOverFlow，因为他们都是这个栈的结构。程序计数器它不会爆异常，也不存在gc。虚拟机站跟本地方法栈没有GC。左边都有。
如何保证多个线程下并发下的安全性，我们就会用到ThreadLocal。这个ThreadLocal可以单独去了解一下
Person这个类的类型很明显我们会将它加载到这个方法区【关于类本身，这个.class文件，运行时类本身我们要放在方法区】。
new的这个对象要放在堆空间中。
如果这个Person person = new Person()是在一个方法中写的，这个person就是一个局部变量，每一个线程都是一个栈桢。去体会下上面的图
二、方法区的理解
在此贴上官方文档地址
《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进行垃圾收集或者进行压缩。”但对 于HotSpotJVM而言，方法区还有一个别名叫做Non- -Heap (非堆)，目的就是要和堆分开。
所以，方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间。
Metaspace就是方法区的落地实现，没有算他。所以大家可以这样去理解把它想做是独立的一个结构
- 方法区(MethodArea)与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。【意思是竟然是一个共享区域，如果这个类没有加载的话，只能有一个线程去调用ClassLoader，其他线程想要使用这个类的话就必须得等待。即我们只需要加载一次】
- 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–样都可以是不连续的。
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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。
虽然这个代码简介，但是跑起来的时候是有很多类需要加载的，我们可以来看一下。
如果类加载过多，即超过方法区的大小，就会报OOM。如加载大量第三方的jar包。或者Tomcat部署的工程过多（30-50个）。大量动态的生成反射类。
三、Hotspot中方法区的演进
- 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。【可以把方法区当成接口，永久带或者元空间当作实现】
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本质上，方法区和永久代并不等价。仅是对hotspot而言的。《Java 虚拟规范》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，当年使用永久代，不是好的idea。导致Java程序更容易OOM (超过-XX :MaxPermSize.上限)
在Hospot中
而到了JDK 8，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。永久带是在JAVA虚拟机内存。
- 元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永代最大的区别在于**:元空间不在虚拟机设置的内存中，而是使用本地内存。**
- 永久代、元空间二者并不只是名字变了，内部结构也调整了。
- 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。
四、设置方法区大小的参数
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。
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:MaxPe rmSi ze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 : PermGenspace。
不过我使用的是jdk8,我们跑起来看一下：
证明在8里面已经不可以使用了。
jdk8及以后: .
➢元数据区大小可以使用参数-XX : MetaspaceSize和-XX : MaxMetaspaceSize指定。这个依赖于平台，因为是本地内存。
替代上述原有的两个参数。
➢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-样会抛出异常OutOfMemoryError: Metaspace
➢-XX :MetaspaceSize:设置初始的元空间大小。对于- -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Full GC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。
21807104/1024/1024=20.796875m
104857600/1024/1024=100
五、OOM:PermGen和OOM:Metaspace
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 Analyzer) 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必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏(MemoryLeak)还是内存溢出(Memory Overflow )
2、如果是内存泄漏，可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GCRoots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息，以及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。
3、如果不存在内存泄漏，换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着，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、持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。
六、方法区内部结构
第一部分：
《深入理解Java虚拟机》书中对方法区(Method Area)存储内容描述如下:
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。
域信息和方法信息是涵盖在这个类型信息中的
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(Field)信息
●JVM必须在方法区中保存类型的所有域的相关信息以及域的声明顺序。
●域的相关信息包括: 域名称、域类型、域修饰符(public, private,protected, static, final, volatile, transient的某个 子集)
方法(Method)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:
●方法名称
●方法的返回类型(或void[void.class])
●方法参数的数量和类型(按顺序)
方法的修饰符(public, private,， protected, static, final,。synchronized, native, abstract的一个子集)
●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)
●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
来举例子
准备：
我们通过控制台指令javap 进行反编译，注意javap -v -p，此处加上p是为了让private修饰的这些也能够出来。并加上 >test.txt文件中，方便我们查看
就会在当前路径下产生这个“test.txt”文件
加载到方法区中的类里面记录了自己是被哪个加载器加载的，加载器也会记录自己加载了哪些类
他们互相记录
注意，这是我们通过字节码文件看的，不是内存。最终它会被类加载器加载到方法区中。
同样，字节码这个顺序也是一致的。
现有num,再有str。
方法就比较丰富一些
在源代码中我们是没有声明构造器的，它会默认给我们提供一个无参构造器
在字节码文件中它其实也是方法，叫做init方法——
只是在源代码层面构造器是构造器，方法是方法
我们来以test1()为例
比如我们再来看看这个静态的吧
这个就是大家能够看到的在加载器加载之前的字节码文件信息
我们还提到有的方法可能会有异常，那么它的字节码中就会存在有 异常表
异常表在前面章节也讲过
from,to：从哪到哪。2跟9是我们字节码文件中的行号
23-27是我们代码中的行号
即这个能够包裹住的范围。如果没有出现异常， 这里有一个 target
这个target 到我们的字节码12，字节码12代表goto到17行，在看一下LineNumberTable,就对应到我们的源代码的28行，进源代码看一下
其实就是直接到了return，就出去了。
第二部分：
下面再来说明一个问题：
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,它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，即使没有类实例时你也可以访问它。
来例子演示：
当然没有问题，没有NPE
补充说明:全局常量: static final。
被声明为final的类变量的处理方法则不同，每个全局常量在编译的时候就
会被分配了。
我们来反编译一下Order这个类
在准备环节，对静态属性（static）进行初始化，再在initialization的时候赋值1。若为final则直接在准备阶段或者说编译的时候就进行赋值
七、class文件中常量池的理解
运行时常量池 VS 常量池
字节码文件中叫做常量池
- 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，需要理解清楚ClassFile，因为加载类的信息都在方法区。
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要弄清楚方法区的运行时常量池，需要理解清楚ClassFile中的常量池。.
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html。
如下:
可以看见，在我们字节码文件中，是信息量最大的一个
字节码文件中的常量池加载到内存中的方法区以后，对应的结构就叫做运行时常量池。所以我们先弄清楚 常量池
为什么需要提供一个常量池呢？
一个java源文件中的类、接口，编译后产生一个字节码文件。而Java中的字 节码需要数据支持，通常这种数据会很大以至于不能直接存到字节码里，换另-种方式可以存到常量池，这个字节码包含了指向常量池的引用。在动态链接的时候会用到运行时常量池，之前有介绍。
比如:如下的代码:
举个例子：
就这么去调，我们要使用的各种指令都是对常量池里面结构的一些调用。
就好像是我们写的代码是菜，常量池中的内容是材料。具体执行的细节，都是从常量池里面去调
常量池里面有什么呢？
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。
八、运行时常量池的理解
- 运行时常量池( Runtime Constant Poo1)是方法区的一部分。
- 常量池表( Constant Pool Table)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中。
- 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。
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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，包括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够获得的方法或者字段引用。此时不再是常量池中的符号地址了，这里换为真实地址。
➢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()如果string在常量池没有就又放进去。
- 运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表(symbol table) ，但是它所包含的数，据却比符号表要更加丰富一些。
- 当创建类或接口的运行时常量池时，如果构造运行时常量池所需的内存空间超过了方法区所能提供的最大值，则JVM会抛OutOfMemoryError异常。
九、图示举例方法区的使用
通过javap -v -p MethodAreaDemo.class > text2.txt 反编译
我们来看这个main方法
stack:操作数栈深度是3，局部变量表长度是5，参数大小是1
下面就是代码的执行流程
LineNumberTabel左边是源代码的行号，右边是字节码的号码
LocalVariableTable：局部变量表
下面通过图片的方式展示一下执行过程：
之前有讲如果不是static的话，0号是this,既然这里是static方法，所以这里的0号元素为它的参数args
我们发现在编译阶段其实操作数栈的深度和局部变量表的长度就已经确定下来了，其实局部变量表也就是数组，已经确定了长度的。
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十、方法区在jdk6、jdk7、jdk8中的演进细节
1.首先明确:只有HotSpot才有永久代。
BEA JRockit、 IBM J9等来说，是不存在永久代的概念的。原则上如何实现。方法区属于虚拟机实现细节，不受《Java虚拟机规范》管束，并不要求统一。
2.Hotspot中 方法区的变化:
| jdk1.6及之前 | 有永久代（permanent generation）,静态比昂亮存放在永久代上 |
|---|---|
| jdk1.7 | 有永久代，但已经逐步“去永久代”，字符串常量池、静态变量移除，保存在堆中 |
| jdk1.8及以后 | 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、静态变量仍在堆 |
JDK6
JDK7
虚拟内存
JDK8
永久代为什么要被元空间替换？
http://openjdk.java.net/jeps/122
●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
的元数据信息也消失了。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( Metaspace )。
●由于类的元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。
在某些场景下，如果动态加载类过多，容易产生Perm区的00M。比如某个实际Web.工程中，因为功能点比较多，在运行过程中，要不断动态加载很多类，经常出现致命错误。
"Exception in thread‘ dubbo client x.x connector’ java.langOutOfMemoryError: PermGenspace"
而元空间和永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。
2)对永久代进行调优是很困难的。 【full gc很花时间】
十一、StringTable为什么要调整位置
jdk7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收效率很低，在full gc
的时候才会触发。而full gc是老年代的空间不足、永久代不足时才会触发。
这就导致StringTable回收效率不高。而我们开发中会有大量的字符串被创建，回收效率低，导致永久代内存不足。放到堆里，能及时回收内存。
十二、如何证明静态变量存在哪
举个例子，来看一下这个字节数组会存在哪？
来看一下jdk6/7中
就放到这个老年代了。
来看一下jdk8中
这一节不是很清楚，建议自己阅读资料
十三、方法区的垃圾回收行为
有些人认为方法区(如HotSpot虚拟机中的元空间或者永久代)是没有垃圾收集行为的，其实不然。《Java 虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虛拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在(如JDK 11时 期的ZGC收集器就不支持类卸载)。
一般来说**这个区域的回收效果比较难令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻。但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。**以前Sun公司的Bug列表中，曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。
方法区的垃圾收集主要回收两部分内容:常量池中废弃的常量和不再使用的类型。
●先来说说方法区内常量池之中主要存放的两大类常量:字面量和符号引用。
字面量比较接近Java语言层次的常量概念，如文本字符串、被声明为final
的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念，包括下面三类常量:
➢1、类和接口的全限定名
➢2、字段的名称和描述符
➢3、方法的名称和描述符
●HotSpot虚拟机对常量池的回收策略是很明确的，只要常量池中的常量没有
被任何地方引用，就可以被回收。
●回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。
●判定一个常量是否“废弃”还是相对简单，而要判定一个类型是否属于“不再被使用
的类”的条件就比较苛刻了。需要同时满足下面三个条件:
➢该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类及其任何派生子类的
实例。
➢加载该类的类加载器已经被回收，这个条件除非是经过精心设计的可替换类加载
器的场景，如OSGi、 JSP的重加载等，否则通常是很难达成的。
➢该类对应的java. 1ang . Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过
反射访问该类的方法。
●Java虚拟机被允许对满足上述三个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“被允
许”，而并不是和对象一样，没有引用了就必然会回收。关于是否要对类型进行回收，HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc参数进行控制，还可以使用-verbose:class以及-XX:+TraceClass-Loading、-XX: +TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息
●在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及oSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。
十四、运行时数据区的总结与常见大肠面试题说明
总结
百度
三面:说一下JVM内存模型吧，有哪些区?分别干什么的?
蚂蚁金服:
Java8的内存分代改进
JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么?
一面: JVM内存分布/内存结构?栈和堆的区别?堆的结构?为什么两个survivor区?
二面: Eden和Survior的比例分配
小米:
jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代
字节跳动:
二面: Java的内存分区
二面:讲讲jvm运行时数据库区
什么时候对象会进入老年代?
京东:
JVM的内存结构，Eden和Survivor比例 。
JVM内存为什么要分成新生代，老年代，持久代。新生代中为什么要分为Eden和Survivor。
天猫:
一面: Jvm内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。
一面: JVM的内存模型，Java8做了什么修改
拼多多:
JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么?
美团:
java内存分配
jvm的永久代中会发生垃圾回收吗?.
一面: jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代?