运行时数据区之方法区（元空间）_运行时数据区与元空间-优快云博客

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1、栈、堆、方法区的交互关系

1.1运行时数据区结构图

在这里插入图片描述
从线程共享与否的角度来看

1.2栈、堆、方法区的交互关系

在这里插入图片描述

2、方法区的理解

2.1方法区在哪里

《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。

方法区(Method Area)与Java堆一样，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，虚拟机同样会抛出内存溢出错误:OutOfMemoryError:PermGen space 或者OutOfMemoryError: Metaspace
关闭JVM就会释放这个区域的内存。

2.2Hotspot中方法区的演进

JDK1.7以前方法区叫永久代，使用的是虚拟机的内存空间
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
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。
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O0M异常。

3、设置方法区大小与OOM

JVM官方参数设置
JDK8：

元数据区大小可以使用参数-XX :MetaspaceSize和-XX : MaxMetaspaceSize指定方法区大小，和最大是多少
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。
-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。
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。

/**
 * 设置方法区大小
 * -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
 */
public class OOMTest extends ClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        int j=0;
        OOMTest test=new OOMTest();
        //创建ClassWriter对象，用于生成类的二进制字节码
        ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);
        try {
            for(int i=0;i<10000;i++){
                //指明版本号，修饰符，类名，包名，父类，接口
                classWriter.visit(Opcodes.V1_8,Opcodes.ACC_PUBLIC,"class"+i,null,"java/lang/Object",null);
                byte[] code = classWriter.toByteArray();
                //类的加载
                test.defineClass("class"+i,code,0,code.length);
                j++;
            }
        } finally {
            System.out.println(j);
        }

    }
}

在这里插入图片描述

4、方法区的内部结构（经典）

《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（类接口等）、常量、静态变量、即时编译器（JIT）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（成员变量）

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

全局常量: static final
被static修饰的int成员变量在类加载链接的准备阶段被赋默认值，在初始化阶段才被赋真正的值，
被final static 修饰的成员变量，在类的编译的时候就被赋值了

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(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。

4.1方法区的演进细节

Hotspot中方法区的变化:

jdk1.6以前：有永久代(permanent generation)，静态变量存放在永久代上
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

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。

答：

为永久代设置空间大小是很难确定的。
空间小了容易full GC（STW时间长，性能降低）,大了浪费空间
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。
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。
对永久代进行调优是很困难的。

4.2法区的垃圾回收

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。

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.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”，而并不是和对象样，没有引用了就必然会回收。
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。