JVM07 - 方法区 - 代码天地

（4）-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。

（5）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。

3.3 如何解决方法区OOM

（1）要解决OOM异常或heap space异常，一般是首先通过内存映像分析工具对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还是内存溢出。

（2）内存泄漏：大量的引用指向某些对象，但是这些对象以后不会使用了，但是因为它们还和GC ROOT有关联，所以导致以后这些对象也不会被回收

（3）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，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它们。

（4）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。

4.方法区的内部结构

4.1 方法区结构

《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）此类型的完整有效名称（全名=包名.类名）

（2）此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）此类型的修饰符（public，abstract，final的某个子集）

（4）此类型直接接口的一个有序列表

域（Field）信息

（1）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。

（2）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：

（1）方法名称

（2）方法的返回类型（包括 void 返回类型），void 在 Java 中对应的类为 void.class

（3）方法参数的数量和类型（按顺序）

（4）方法的修饰符（public，private，protected，static，final，synchronized，native，abstract的一个子集）

（5）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）

（6）异常表（abstract和native方法除外），异常表记录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

代码示例

public class MethodInnerStrucTest extends Object implements Comparable<String>, Serializable {
    //属性
    public int num = 10;
    private static String str = "测试方法的内部结构";
    //构造器没写
    //方法
    public void test1() {
        int count = 20;
        System.out.println("count = " + count);
    }
    public static int test2(int cal) {
        int result = 0;
        try {
            int value = 30;
            result = value / cal;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }
    @Override
    public int compareTo(String o) {
        return 0;
    }
}

类型信息：在运行时方法区中，类信息中记录了哪个加载器加载了该类，同时类加载器也记录了它加载了哪些类，从反编译文件可以看出，字节码文件记录了 MethodInnerStrucTest 继承了哪些类，实现了哪些方法。

public class com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest 
	extends java.lang.Object 
	implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable

域信息

descriptor: I 表示字段类型为 Integer

flags: ACC_PUBLIC 表示字段权限修饰符为 public

  public int num;
    descriptor: I
    flags: ACC_PUBLIC

  private static java.lang.String str;
    descriptor: Ljava/lang/String;
    flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC

方法信息

descriptor: ()V 表示方法返回值类型为 void

flags: ACC_PUBLIC 表示方法权限修饰符为 public

stack=3 表示操作数栈深度为 3

locals=2 表示局部变量个数为 2 个（实力方法包含 this）

test1() 方法虽然没有参数，但是其 args_size=1 ，这时因为将 this 作为了参数

  public void test1();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=2, args_size=1
         0: bipush        20
         2: istore_1
         3: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         6: new           #4                  // class java/lang/StringBuilder
         9: dup
        10: invokespecial #5                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
        13: ldc           #6                  // String count =
        15: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        18: iload_1
        19: invokevirtual #8                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
        22: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
        25: invokevirtual #10                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        28: return
      LineNumberTable:
        line 17: 0
        line 18: 3
        line 19: 28
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      29     0  this   Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
            3      26     1 count   I

4.2 域信息特殊情况

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，即使没有类实例时，也可以访问。如下代码所示，即使把order设置为null，也不会出现空指针异常，证明了static 类型的字段和方法随着类的加载而加载，并不属于特定的类实例。代码示例：

public class MethodAreaTest {
    public static void main(String[] args) {
        Order order = null;
        order.hello();
        System.out.println(order.count);
    }
}
class Order {
    public static int count = 1;
    public static final int number = 2;


    public static void hello() {
        System.out.println("hello!");
    }
}
// 程序运行结果
hello!
1

全局常量：static final

全局常量使用static final进行修饰，每个全局常量在编译的时候就会被分配。

代码示例

public class MethodAreaTest {
    public static void main(String[] args) {
        Order order = null;
        order.hello();
        System.out.println(order.count);
    }
}
class Order {
    public static int count = 1;
    public static final int number = 2;

    public static void hello() {
        System.out.println("hello!");
    }
}

反编译查看字节码指令，可以发现number的值在字节码中已经存在了。

  public static int count;
    descriptor: I
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC

  public static final int number;
    descriptor: I
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL
    ConstantValue: int 2

4.3 运行时常量池

常量池

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符信息外，还包含一项信息就是常量池表（Constant Pool Table），包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。

为什么需要常量池？

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，换另一种方式，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。

Demo：

public class SimpleClass {
    public void sayHello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

虽然上述代码只有194字节，但是里面却使用了String、System、PrintStream及Object等结构。如果不使用常量池，就需要将用到的类信息、方法信息等记录在当前的字节码文件中，造成文件臃肿，所以我们将所需用到的结构信息记录在常量池中，并通过引用的方式，来加载、调用所需的结构，这里的代码量其实很少了，如果代码多的话，引用的结构将会更多。

常量池中包含了哪些信息？

（1）数量值

（2）字符串值

（3）类引用

（4）字段引用

（5）方法引用

运行时常量池

（1）运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

5.方法区的使用举例

Demo：

public class MethodAreaDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 500;
        int y = 100;
        int a = x / y;
        int b = 50;
        System.out.println(a + b);
    }
}

图解字节码指令执行流程：

6.方法区演进细节

6.1 永久代演进过程

首先明确只有Hotspot才有永久代，BEA JRockit、IBMJ9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。Hotspot中方法区的变化：

JDK 版本	演变细节
JDK1.6及以前	有永久代（permanent generation），静态变量存储在永久代上
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	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、静态变量仍然在堆中。

JDK6

方法区由永久代实现，使用 JVM 虚拟机内存

JDK7

方法区由永久代实现，使用 JVM 虚拟机内存

JDK8

方法区由元空间实现，使用物理机本地内存

6.2 永久代为什么要被元空间替代？

官方的解释：JRockit是和HotSpot融合后的结果，因为JRockit没有永久代，所以他们不需要配置永久代。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OOM。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，经常出现错误：Exception in thread 'dubbo client x.x connector' java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space。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

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用的类型，方法区的调优主要是为了降低Full GC发生的概率。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虚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。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。

6.3 字符串常量池

字符串常量池 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的时候才会执行永久代的垃圾回收，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。

7.方法区的垃圾回收

方法区常量的回收

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。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。

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

方法区类的回收

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：

（1）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。

（2）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。

（3）该类对应的java.lang.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。

本文部分内容借鉴自视频：https://www.bilibili.com/video/BV1PJ411n7xZ?p=54

博文：https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107960414

JVM07 - 方法区

1.栈、堆、方法区三者的交互关系

2.对方法区的理解

2.1 方法区的位置

2.2 方法区的理解

3.设置方法区大小与OOM

3.1 JDK7之前版本设置永久代大小

3.2 JDK8元空间