JVM--方法区

2024年4月4日 互联网

栈、堆、方法区的交互关系

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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是进行压缩。
方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间。

方法区的基本了解：
  • 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，并且它的实际物理内存空间中和Java堆区一样都是可以不连续的。
  • 方法区的大小，根堆空间一样，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，导致方法区溢出错误：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space 或者 java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
  • 加载大量的第三方jar包，tomcat部署的工程过多（30-50个）；大量动态生成反射类。
  • 关闭JVM就会释放这个区域的内存。

jdk7及以前，习惯把方法区称为永久代。jdk8开始，使用元空间取代永久代。
元空间不在虚拟机设置中的内存中，而是使用本地内存。
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及以前：
  • 通过-XX:PermSize来设置永久代出事分配空间，默认为：20.75M
  • -XX:MasPermSize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M，64位机器默认是82M
  • 当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报异常OutOfMemoryError:PermGen space 。
jdk8及以后
  • 元数据区大小可以使用参数-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize指定，替代上述原有的两个参数。
  • 默认值依赖于平台。Windows下，-XX:MetaspaceSize是21M，-XX:MaxMetaspaceSize的值为-1，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。如果元数据发生溢出，虚拟机一样会抛出异常OutOfMemoryError：Metaspace
  • -XX:MetaspaceSize：设置初始元空间大小。对于一个64位的服务器端JVM来说，其默认的-XX:MetaspaceSize是21M。这就是初始的高水位线，一但触及这个水位线，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。为了避免频繁的GC，建议将元空间设置一个相对较高的值。
方法区存储什么？

它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码缓存等。
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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必须在方法区中存储以下类型信息：

  1. 这个类型的完整有效名字（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（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：

  • 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
non-final的类变量
  • 类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，即使没有类实例时你也可以访问它。
运行时常量池 与 常量池
  1. 方法区，内部包含了运行时常量池。
  2. 字节码文件，内部包含了常量池
  3. 弄清楚方法区需要先理解ClassFile，因为加载类的信息在方法区。
  4. 弄清楚方法区的运行时常量池，需理解ClassFile中的常量池。
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

常量池，可以看成是一张表，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获得的防火或者字段引用。此时不再是常量池中的符号地址了，这里换为真实的地址。
    • 运行时常量池，相对于class文件常量池的另一个重要的特种是：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会抛出OutOfMemoryError异常。
方法区使用举例
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