深入理解Java虚拟机之方法区

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本文我们将讲解关于方法区的一些知识。

1.方法区概述

运行时数据区结构图

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栈、堆、方法区之间的交互关系

  • 从线程是否共享来看(配图为JDK1.8版本)

    理解:方法区比作接口,元空间(jdk1.8)&永久代(jdk1.7)是方法区的不同落地实现。

    image-20230113195407885.png

  • 从创建对象的角度来看

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2.方法区的基本理解

《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,但是一些简单的实现可能不会选择去进行垃圾收集或者压缩”。但是对于HotSpot虚拟机而言,方法区还有个名字叫 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)和堆一样,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,和堆空间一样,可以选择固定大小或者可拓展
  • 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,虚拟机就会抛出内存溢出错误:java.lang.OutOfMemory:PermGen space 或者 java.lang.OutOfMemory:Metaspace
    • 如加载了大量的第三方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

Hotspot方法区的演进过程

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。例如:BEAJRockit / 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)

    image-20230113201112821.png

  • 到了JDK8,终于完全废弃了永久代的概念,改用和JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间(Metaspace)

  • 元空间的本质和永久代类似,都是JVM规范中方法区的体现,不过元空间与永久代最大区别就是: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、元空间不仅仅是名字改了,内部结构也进行了调整

  • 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要的时候,将抛出OOM异常。

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3.设置方法区大小与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以及以前

  • 通过 -XX:PermSize 来设置永久代的初始分配空间,默认值是 20.75M

  • 通过-XX:MaxPermSize 来设定永久代的最大可分配空间,32位机器默认时64M,64位机器默认是82M

  • 当JVM加载的类的信息容量超过了这个值,就会抛出异常 java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

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JDK8及以后

  • 元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize-XX:MaxMetaspaceSize 指定
  • 默认值依赖于平台。windows下,-XX:MetaspaceSize 是21M,-XX:MaxMetaspaceSize 的值是-1【-1仅表示不确定的值,自己查的时候是一个很大的数字】,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
  • -XX:MetaspaceSize 设置初始值的大小。对于64位服务端的JVM来说,其默认的 -XX:MetaspaceSize 值为21 M,这就是最高水线。一旦触及这个水位线,Full GC 将会被触发并卸载没用的类。然后这个高水位线会被重置。新的水位线取决于GC之后释放了多少空间。如果释放过多,就适当降低该值,如果释放过低,就提升该值,前提是不超过 -XX:MaxMetaspaceSize
  • 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FullGC 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。

OOM演示

/**
 * JDK8
 * VM:-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M
 */
public class OomTest extends ClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        int j = 0;
        try {
            OomTest oomTest = new OomTest();
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                // 用于生成类的二进制字节码
                ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);
                // 指明版本号
                // 指明访问权限
                // 类的名字
                // 包名
                // 父类
                // 接口
                classWriter.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
                // 返回 byte[]
                byte[] bytes = classWriter.toByteArray();
                // 类的加载
                oomTest.defineClass("Class" + i, bytes, 0, bytes.length);
                j++;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println(j);
        }
    }
}

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如何解决这些OOM

要解决 OOM 异常或 heapSpace 的异常,一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(Memory Leak还是内存溢出(Memory Overflow

  • 内存泄漏就是有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 ROOTS**【局部变量表中的变量】** 有关联,所以导致以后这些对象也不会被回收,这就是内存泄漏的问题

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 GCRoots 引用链的信息,就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。

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-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

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方法区存储什么?

《深入理解Java虚拟机》书种对方法区(Method Area)存储的内容描述如下:它用户存储已经被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译之后的代码缓存等

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这里说明以下字节码文件与方法区中数据的关系?(我当时这个点有疑惑)

强调:Class文件不等于字节码。字节码是一组可以由Java虚拟机(JVM)执行的高度优化的指令,它被记录在Class文件中,在虚拟机加载Class文件时执行。

  • 如果把Class文件中的信息理解为一颗颗的子弹,那么方法区就可以看做是成JVM的"弹药库",而将Class文件中的信息加载到方法区这一过程相当于“子弹上膛”。
  • 例如,原本记录在Class文件中的常量池,此时被加载到方法区中,成为运行时常量池。同时,字节码指令也被装配到方法区中,为方法的运行提供支持。

因此,我理解Hello.class大部分被加载到方法区中,是否全部加载这个问题欢迎小伙伴在评论区讨论。

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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. 这个类型的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(Field)信息

  • JVM必须在方法区中保存类型的所有域相关的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)的信息

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(或者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 的某个子集)
  • 方法的字节码(bytecodes)、操作数栈、局部变量表以及大小(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

non-final 的类变量

  • 静态变量和类关联在一起,随着类的加载和而加载它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,即使没有类实例的时候你也可以访问它
public class MethodAreaTest {
    public static void main(String[] args) {
        Order order = null;
        // 虽然为null 但是是可以调用的
        System.out.println(order.count);
        System.out.println(order.number);
        order.hello();
    }
}

class Order {
    public static int count = 1;
    public static final int number = 2;

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

补充说明:全局常量:static final

  • 如果类常量在声明时显示赋值就会在编译期间赋值,没有显示赋值需要在类静态代码块赋值,此时的类常量在类加载期确定。
  • 而类变量会在链接的准备期间分配空间以及赋值0,在初始化阶段赋值为
  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
	// 编译就已经赋值了
    ConstantValue: int 2

反编译class文件

Classfile /D:/IdeaProjects/jvm/target/classes/com/white/MethodArea/MethodInnerStrucTest.class
  Last modified 2023-1-13; size 1634 bytes
  MD5 checksum 9c2b0d84bb0dd7eab0e2c36288b5e4a2
  Compiled from "MethodInnerStrucTest.java"
// 类型信息
public class com.white.MethodArea.MethodInnerStrucTest extends java.lang.Object implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
// 常量池
Constant pool:
   #1 = Methodref          #18.#52        // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #17.#53        // com/white/MethodArea/MethodInnerStrucTest.num:I
   #3 = Fieldref           #54.#55        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #4 = Class              #56            // java/lang/StringBuilder
   #5 = Methodref          #4.#52         // java/lang/StringBuilder."<init>":()V
   #6 = String             #57            // count =
   #7 = Methodref          #4.#58         // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   #8 = Methodref          #4.#59         // java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
   #9 = Methodref          #4.#60         // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
  #10 = Methodref          #61.#62        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
  #11 = Class              #63            // java/lang/Exception
  ...
{
  // 域信息
  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
  public com.white.MethodArea.MethodInnerStrucTest();
    // 方法返回值类型(void)
    descriptor: ()V
	// 方法权限
    flags: ACC_PUBLIC
	// 字节码信息
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: aload_0
         5: bipush        10
         7: putfield      #2                  // Field num:I
        10: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 12: 4
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      11     0  this   Lcom/white/MethodArea/MethodInnerStrucTest;

  public static int test2(int);
    descriptor: (I)I
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: iconst_0
         1: istore_1
         2: bipush        30
         4: istore_2
         5: iload_2
         6: iload_0
         7: idiv
         8: istore_1
         9: goto          17
        12: astore_2
        13: aload_2
        14: invokevirtual #12                 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
        17: iload_1
        18: ireturn
      // 异常表
      Exception table:
         from    to  target type
             2     9    12   Class java/lang/Exception
      LineNumberTable:
        line 21: 0
        line 23: 2
        line 24: 5
        line 27: 9
        line 25: 12
        line 26: 13
        line 28: 17
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            5       4     2 value   I
           13       4     2     e   Ljava/lang/Exception;
            0      19     0   cal   I
            2      17     1 result   I
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 255 /* full_frame */
          offset_delta = 12
          locals = [ int, int ]
          stack = [ class java/lang/Exception ]
        frame_type = 4 /* same */

5.运行时常量池

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  • 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。

前言:常量池

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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

字面量

String str = "hello word";
static final int I = 1;
static final float F = 0.51f

那么I,F就是常说的常量. 而hello word, 1,0.51f就是字面量. 其实就是这么简单. 如你所见的这些个“固定值”就是字面量。

  • 文本字符串
  • 用final修饰的成员变量

注意:对于非final修饰的基本数据类型,常量池中只保留了他的的字段描述符I和字段的名称value,他们的字面量不会存在于常量池。

符号引用

符号引用其实是编译原理的概念,是相对直接引用来说的,所以符号引用和直接引用是有关联的. 简单来说符号引用可以分为三类:

  • 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

代码示例

public class TestConstant {
    final static int A = 3;
    private static Integer b = 3;
    public static void main(String[] args) {
        final int c = 4;
        String str = "abc";
        int d = 2;
        System.out.println(str);
        System.out.println(A);
        fun();
        System.out.println(b);
        System.out.println(c);
        System.out.println(d);
    }

    public static void fun() {
        b++;
    }
}

从上面定义来说:

  • 字段的名称A,b和描述符int,Integer是符号引用
  • 方法的名称fun和描述符()是符号引用
  • 类的全限定名{包名}.TestConstant是符号引用

利用javap -v TestConstant.class > test.txt命令对上述代码进行反编译

Constant pool:
   #1 = Methodref          #12.#38        // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = String             #39            // abc
   #3 = Fieldref           #40.#41        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #4 = Methodref          #42.#43        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   #5 = Class              #44            // com/white/MethodArea/TestConstant
   #6 = Methodref          #42.#45        // java/io/PrintStream.println:(I)V
   #7 = Methodref          #5.#46         // com/white/MethodArea/TestConstant.fun:()V
   #8 = Fieldref           #5.#47         // com/white/MethodArea/TestConstant.b:Ljava/lang/Integer;
   #9 = Methodref          #42.#48        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V
  #10 = Methodref          #49.#50        // java/lang/Integer.intValue:()I
  #11 = Methodref          #49.#51        // java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
  #12 = Class              #52            // java/lang/Object
  #13 = Utf8               A           // 非final修饰的A
  #14 = Utf8               I
  #15 = Utf8               ConstantValue
  #16 = Integer            3     // final修饰的b
  #17 = Utf8               b
  #18 = Utf8               Ljava/lang/Integer;
  #19 = Utf8               <init>
  #20 = Utf8               ()V
  #21 = Utf8               Code
  #22 = Utf8               LineNumberTable
  #23 = Utf8               LocalVariableTable
  #24 = Utf8               this
  #25 = Utf8               Lcom/white/MethodArea/TestConstant;
  #26 = Utf8               main
  #27 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #28 = Utf8               args
  #29 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #30 = Utf8               c
  #31 = Utf8               str
  #32 = Utf8               Ljava/lang/String;
  #33 = Utf8               d
  #34 = Utf8               fun
  #35 = Utf8               <clinit>
  #36 = Utf8               SourceFile
  #37 = Utf8               TestConstant.java
  #38 = NameAndType        #19:#20        // "<init>":()V
  #39 = Utf8               abc        // 文本字符串
  #40 = Class              #53            // java/lang/System
  #41 = NameAndType        #54:#55        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #42 = Class              #56            // java/io/PrintStream
  #43 = NameAndType        #57:#58        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #44 = Utf8               com/white/MethodArea/TestConstant
  #45 = NameAndType        #57:#59        // println:(I)V
  #46 = NameAndType        #34:#20        // fun:()V
  #47 = NameAndType        #17:#18        // b:Ljava/lang/Integer;
  #48 = NameAndType        #57:#60        // println:(Ljava/lang/Object;)V
  #49 = Class              #61            // java/lang/Integer
  #50 = NameAndType        #62:#63        // intValue:()I
  #51 = NameAndType        #64:#65        // valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
  #52 = Utf8               java/lang/Object
  #53 = Utf8               java/lang/System
  #54 = Utf8               out
  #55 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #56 = Utf8               java/io/PrintStream
  #57 = Utf8               println
  #58 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
  #59 = Utf8               (I)V
  #60 = Utf8               (Ljava/lang/Object;)V
  #61 = Utf8               java/lang/Integer
  #62 = Utf8               intValue
  #63 = Utf8               ()I
  #64 = Utf8               valueOf
  #65 = Utf8               (I)Ljava/lang/Integer;

直接引用

从上面得知符号引用其实是静态的,那么直接引用就是动态的。 将.class文件加载到内存中之后,jvm会将符号引用转化为代码在内存中实际的内存地址。那么这就是直接引用。也就是类加载中的动态链接

为什么需要常量池

  • 一个Java源文件中的类、接口、编译后会产生一个字节码文件,而Java中的字节码需要数据支持,通常这种数据类型会很大以至于不能直接存到字节码里面,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。

常量池中有什么

  • 数量值
  • 字符串值
  • 类引用
  • 字段引用
  • 方法引用

小结:

  • 现在所看到的常量池也叫静态常量池,因为它现在还没运行,是静态存储在.class文件中的。而相对它而言的运行时常量池 这个概念即是将.class文件加载到内存中运行时这个常量池就叫运行时常量池
  • 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。

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。

  • 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
      • string.intern()
  • 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 OutOfMemeoryError 异常。

图解方法区使用案例:

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);
    }
}

对应常量池

Constant pool:
   #1 = Methodref          #5.#24         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #25.#26        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = Methodref          #27.#28        // java/io/PrintStream.println:(I)V
   #4 = Class              #29            // cn/icanci/jvm/metaspace/MethodAreaDemo
   #5 = Class              #30            // java/lang/Object
   #6 = Utf8               <init>
   #7 = Utf8               ()V
   #8 = Utf8               Code
   #9 = Utf8               LineNumberTable
  #10 = Utf8               LocalVariableTable
  #11 = Utf8               this
  #12 = Utf8               Lcn/icanci/jvm/metaspace/MethodAreaDemo;
  #13 = Utf8               main
  #14 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #15 = Utf8               args
  #16 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #17 = Utf8               x
  #18 = Utf8               I
  #19 = Utf8               y
  #20 = Utf8               a
  #21 = Utf8               b
  #22 = Utf8               SourceFile
  #23 = Utf8               MethodAreaDemo.java
  #24 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V
  #25 = Class              #31            // java/lang/System
  #26 = NameAndType        #32:#33        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #27 = Class              #34            // java/io/PrintStream
  #28 = NameAndType        #35:#36        // println:(I)V
  #29 = Utf8               cn/icanci/jvm/metaspace/MethodAreaDemo
  #30 = Utf8               java/lang/Object
  #31 = Utf8               java/lang/System
  #32 = Utf8               out
  #33 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #34 = Utf8               java/io/PrintStream
  #35 = Utf8               println
  #36 = Utf8               (I)V

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6. 方法区的演进细节

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

Hotspot中方法区的变化:

JDK版本描述
JDK1.6及以前有永久代,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。

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7.方法区中的一些问题

为什么永久代要被元空间替代?

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。

  • 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。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。

    • 调优主要是为了降低Full GC

StringTable为什么需要调整位置?

  • JDK7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收频率很低,在full GC才会触发。而Full GC是老年代不足、永久代不足才会触发。
  • 这就导致StringTable回收频率不高,而我们在开发中会有大量的字符串被创建,回收频率低,导致永久代内存不足。放到堆里,能及时回收内存

如何证明静态变量存在哪?

代码测试

/**
 *
 * jdk7:
 * -Xms200m -Xmx200m -XX:PermSize=300m -XX:MaxPermSize=300m -XX:+PrintGCDetails
 * jdk 8:
 * -Xms200m -Xmx200m -XX:MetaspaceSize=300m -XX:MaxMetaspaceSize=300m -XX:+PrintGCDetails
 * @author shkstart  shkstart@126.com
 * @create 2020  21:20
 */
public class StaticFieldTest {
    private static byte[] arr = new byte[1024 * 1024 * 100];//100MB

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(StaticFieldTest.arr);
    }
}

结论:

打印出的GC细节之后发现jdk6,7,8都是堆空间的老年代发生了变化。这里强调的是对象本身即静态引用对应的对象实体始终都存在堆空间中。

  • 而我们上述提到的静态变量在jdk6,7,8中的变化是指 变量名(引用名) 的变化。
  • JDK7及其以后版本的HotSpot虛拟机选择把静态变量与类型在Java语言一端的映射Class对象存放在一起,存储于Java堆之中。

8.方法区的垃圾回收

  • 有些人认为方法区,(如Hotspot虚拟机中的元空间或者永久代)是没有垃圾回收行为的,其实不然。
  • 《Java虚拟机规范》对方法区的约束是十分宽松的,提到过可以要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上 也确实有未实现或者未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在(Java11中的ZGC就不支持类卸载)
  • 一般来说这个区域的回收效果比较难以令人满意,尤其是类的卸载,条件相当苛刻,但是这部分的回收时确实有必要的

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使用的类型[条件苛刻]

  • 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
  • 回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常相似

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。