一、虚拟机规范关于方法区描述
《Java虛拟机规范》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。
二、要点
- 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:
- java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space （jdk7前）
- java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace（jdk8后）
- 溢出场景：
- 加载大量的第三方的jar包;
- Tomcat部署的工程过多(30-50个)
- 大量动态的生成反射类
- 关闭JVM就会释放这个区域的内存。
三、方法区
基于Hotspot1.8
1、类元信息
①类型信息
对每个加载的类型(类class、接口interface、枚举enun、注解annotation) ，JVM必须在方法区中存储以下类型信息:
- 这个类型的完整有效名称(全名=包名.类名)
- 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)
- 这个类型的修饰符(public, abstract, final的某个子集)
- 这个类型直接接口的一个有序列表
②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。
- 域声明顺序
- 域名称
- 域类型
- 域修饰符(public, private,protected, static, final, volatile, transient的某个子集)
注意：域（Field）=字段=属性=成员变量 一个意思
③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。
④方法表
为了提高访问效率，必须仔细的设计存储在方法区中的数据信息结构。除了以上讨论的结构，jvm的实现者还可以添加一些其他的数据结构，如方法表。jvm对每个加载的非虚拟类的类型信息中都添加了一个方法表，方法表是一组对类实例方法的直接引用(包括从父类继承的方法。jvm可以通过方法表快速激活实例方法。
⑤类加载器的引用
jvm必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么jvm会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。jvm在动态链接的时候需要这个信息。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，jvm需要保证这两个类型的类加载器是相同的。这对jvm区分名字空间的方式是至关重要的。
⑥Class类实例的引用
jvm为每个加载的类都创建一个java.lang.Class的实例（存储在堆上）。而jvm必须以某种方式把Class的这个实例和存储在方法区中的类型数据（类的元数据）联系起来， 因此，类的元数据里面保存了一个Class对象的引用；
2、运行时常量池
是jvm虚拟机在完成类装载操作后，将class文件中的常量池载入到内存中，并保存在方法区中，我们常说的常量池，就是指方法区中的运行时常量池。
运行时常量池和class文件的常量池是一一对应的，它就是class文件的常量池来构建的。
运行时常量池是方法区的一部分。CLass文件中常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
①字面量
- 文本字符串、被声明为final的常量值，基本数据类型值等 在计算机科学中，字面量(literal)是用于表达源代码中一个固定值的表示法(natation)。 区分方法：等号右边的八种基本类型的值、字符串值、声明为final的常量的值。例如：
final int a = 10; //a为常量，10为字面量
string b = “hello world！”; // b 为变量，hello world！为字面量
②符号引用
- 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
符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能够无歧义的定位到目标即可。例如，在Class文件中它以CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等类型的常量出现。符号引用与虚拟机的内存布局无关，引用的目标并不一定加载到内存中。在Java中，一个java类将会编译成一个class文件。在编译时，java类并不知道所引用的类的实际地址，因此只能使用符号引用来代替。比如org.simple.People类引用了org.simple.Language类，在编译时People类并不知道Language类的实际内存地址，因此只能使用符号org.simple.Language（实际中是由类似于CONSTANT_Class_info的常量来表示的）来表示Language类的地址。各种虚拟机实现的内存布局可能有所不同，但是它们能接受的符号引用都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。
3、JIT代码缓存
从字面意思理解就是代码缓存区，它缓存的是JIT(Just in Time)即时编译器编译的代码，简言之codeCache是存放JIT生成的机器码(native code)。当然JNI(Java本地接口)的机器码也放在codeCache里，不过JIT编译生成的native code占主要部分。
JVM会对频繁使用的代码，即热点代码(Hot Spot Code)，达到一定的阈值后会编译成本地平台相关的机器码，并进行各层次的优化，提升执行效率。
热点代码也分两种：
- 被多次调用的方法
- 被多次执行的循环体
四、永久代为什么要被元空间替换
- 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，经常出现致命错误：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。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。
五、字符串常量池（StringTable）为什么放堆
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。
六、静态变量、成员变量、局部变量存放位置？
1、静态变量（类变量）
- 定义在类中、方法外，有关键字 static 修饰，有默认初始值。
- 可以通过对象调用，也可以通过类名调用。
- 生命周期与类共存亡。
- 静态变量存放在堆区，引用在Class对象持有
2、成员变量(实例变量)
- 定义在类中、方法外，有默认初始值。
- 通过对象的引用来访问实例变量。
- 随着对象的建立而建立，随着对象的消失而消失，存在于对象所在的堆内存中。
3、局部变量
- 定义在方法中，或者方法的形参，没有初始化值。
- 生命周期与方法共存亡。
- 存放在栈中。局部的对象的引用所指对象在堆中的地址在存储在了栈中。
4、小总结
- JDK7及以后版本的Hotspot虚拟机，把静态变量与Class对象放一起，存储与堆中，而不是元空间。
- 类加载时，.class文件被加载到内存中，并构建了一个Class对象，在堆中。
- 静态变量经过追踪，发现其和Class对象绑定在一起，存在于堆中（都说静态变量在方法区，只能说.class文件的信息都在方法区，所以静态变量的信息存在于方法区，静态变量本身并不在）
- 将静态变量、StringTable都从方法区移动到堆中，主要是想进行GC，方法区也能GC，但只能full GC，频率会很低。
七、常量池-运行时常量池-字符串常量池
1、常量池
量池,也叫 Class 常量池(常量池==Class常量池)。Java文件被编译成 Class文件，Class文件中除了包含类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项就是常量池（Constant pool），常量池是当Class文件被Java虚拟机加载进来后存放在方法区各种字面量和符号引用 。
特征：
- 常量池是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。
- 字面量（字符串常量）：
- 如文本字符串
- 声明为final的常量值
- 基本数据类型的值等
- 符号引用：
- 类和结构的完成限定名引用
- 字段名称和描述符
- 方法名称和描述符
- 字面量（字符串常量）：
- 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。
常量池的好处：
常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。例如字符串常量池，在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。
- 节省内存空间：常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一个空间。
- 节省运行时间：比较字符串时，==比equals()快。对于两个引用变量，只用==判断引用是否相等，也就可以判断实际值是否相等。
2、运行时常量池
运行时常量池是当Class文件被加载到内存后，Java虚拟机会将Class文件常量池里的内容转移到运行时常量池里(运行时常量池也是每个类都有一个),其中的字符串转移到字符串常量池 ，运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中
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运行时常量池(Runtime Constant Pool) 是方法区的一部分。
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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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运行时常量池也是每个类都有一个。池中的数据项像数组项一样，是通过索引访问的。
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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（直接引用）
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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Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。
- String. intern()
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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。
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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。
3、字符串常量池
字符串常量池又称为：字符串池，全局字符串池,英文也叫String Pool或String table。 在工作中，String类是我们使用频率非常高的一种对象类型。JVM为了提升性能和减少内存开销，避免字符串的重复创建，其维护了一块特殊的内存空间。字符串常量池由String类私有的维护。
4、三池的关系
JVM在执行某个类的时候，必须经过加载、连接、初始化，而连接又包括验证、准备、解析三个阶段。常量池用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，而当类加载到内存中后，jvm就会将常量池中的内容存放到运行时常量池中，而字符串常量存在堆中字符串常量池中。
常量池：class文件中定义的常量池
运行时常量池：class文件中定义的常量池被加载到虚拟机构成运行时常量池。由字面量和符合引用构成。每个类对应一个运行时常量池。
字符串常量池（StringTable）：专门存储字符串的常量池 ，字符串常量池存放的是字符串的引用或者字符串(两者都有) ，jvm只有一个，共享。
注意： String.intern的方法返回字符串对象的规范表示形式。其中它做的事情是：首先去判断该字符串是否在常量池中存在，如果存在返回常量池中的字符串(引用地址)，如果在字符串常量池中不存在，先在字符串常量池中添加该字符串，然后返回引用地址
关于字符串常量池后面考虑出一篇章专门详细介绍！！
参考博客:
本篇主要内容来自于深入理解JVM（六）一一运行时数据区（方法区）
