JVM运行时数据区之方法区

栈、堆、方法区的交互关系：

①

②

尽管所有的方法区在逻辑上是属于堆的一部分，但在实现上我们把方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间。
        ~~~~~~~~        

方法区的基本理解：

1. 方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。
2. 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。
3. 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。
4. 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
   
5. 方法区用于存放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
           ~~~~~~~~        

Hotspot虚拟机中方法区的演进：

在jdk 7 及以前，习惯上把方法区称为永久代。jdk 8 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而言的。《Java虚拟机规范》对如何实现方法区不做统一要求。

1. 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)
2. 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。不过元空间与永久代最大的区别在于：元空间不在虚拟机设置的内存中，而是使用本地内存。
       ~~~~     2.1 元空间、永久代二者并不只是名字变了，内部结构也调整了。
       ~~~~     2.2 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。

永久代为什么要被元空间替换：
    ~~~~     1) 为永久代设置空间大小是很难确定的。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。

        ~~~~~~~~        

方法区的内部结构：

1. 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
2. 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)
3. 方法(Method)信息：
   1. 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：
      a) 方法名称
      b) 方法的返回类型(或void)
      c) 方法参数的数量和类型(按顺序)
      d) 方法的修饰符(public、private、protected、static、final、synchronized、native、abstract的某个子集)
      e) 方法的字节码、操作数栈、局部变量表及大小(abstract和native方法除外)
      f) 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
      *e)补充说明：全局常量static final——每个全局常量在编译的时候就被分配了。
4. 运行时常量池：
           ~~~~~~~~         JVM中的常量池内包括各种字面量和对类型、域、方法的符号引用。常量池可以看作是一张表，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。
   1. 运行时常量池是方法区的一部分。
   2. 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中。
   3. 在加载类和接口到虚拟机后，就会创建相应的运行时常量池。
   4. 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。
   5. 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。
          ~~~~     a) 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. 运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表，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，JVM将会抛出OutOfMemoryError异常。
              ~~~~~~~~        

方法区的垃圾回收：

1. 《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。
2. 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。
3. 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。
   3.1 废弃的常量：
       ~~~~     ① 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：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符
       ~~~~     ② 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
       ~~~~     ③ 回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似
   3.2 不再被使用的类型：
   要判定一个类型是否属于“不再被使用的类”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，这里仅仅是被允许，而不是和对象一样，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。