深入理解Java虚拟机（三）之详拆运行时数据区的各个结构----方法区（元空间）

栈、堆、方法区的交互关系

方法区的理解

• 方法区是独立于堆的内存空间
• 方法区(Method Area)与Java堆- -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堆区一样都可以是不连续的。
• 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，虛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。

In IDK8, dasses metadata is now stored in the native heap and this
space saled Metaspace.

• 本质上，方法区和永久代并不等价。仅是对hotspot而言的。《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)

设置方法区的大小和OOM

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 rmSize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OutofMemoryError :PermGen space

●jdk8及以后:
➢元数据区大小可以使用参数-XX :MetaspaceSize和-XX : Max MetaspaceSize指定, 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，虚拟机一样会抛出异常OutOfMemoryError: Metaspace
➢I-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。

1、要解决00M异常或heap space的异常，- 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 0verflow )。

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。

方法区的内部结构

存放内容

《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。

类型信息

对每个加载的类型(类clas3、接口interface、枚举enum、注解anntation)，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

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)

• 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

静态变量

non-final的类变量
●静态变量和类关联在- -起，随着类的加载而加载,它们成为类数据在逻辑上的- -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。

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。

运行时常量池VS常量池!

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。|
  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/ j vms-4.html
  一个有效的字节码文件中除了包含类的版本信息、字段、方法以及接口等描述信息外，还包含一项信息那就是常量池表(ConstantPoolTable)，包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。|
  
  

小结: 常量池，可以看做是- -张表，i虛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( Runtime Constant Pool) 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。
●JVM为每个己加载的类型(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。

●运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表(symboltable)，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 outOfMemoryError异常。

方法区使用举例

方法区的演进细节

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元数据信息也消失了。这些数据被移到了一一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.lang .OutOfMemoryError: 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。

字符串常量池为什么要调整？

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。

静态变量到底存放在哪？

堆里

方法区的垃圾回收