原文作者：博_采_眾_長(zhǎng)

原文地址：JVM --方法區(qū)（超詳細(xì)）

目錄

HotSpot中方法區(qū)的演進(jìn)

方法區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

運(yùn)行時(shí)常量池 vs 常量池

方法區(qū)的演進(jìn)細(xì)節(jié)

StringTable為什么要調(diào)整

---

最近想深入了解Java多太的重載和重寫機(jī)制是如何實(shí)現(xiàn)的，既然說到重載，那肯定要了解函數(shù)是如何加載的，加載到哪里，加載之后的形式是什么，如何保存在內(nèi)存中的？只有了解了函數(shù)的加載，才能談重載是什么？于是就有了此篇文章，這篇文章主要解答的事后面兩個(gè)問題，即加載之后的形式是什么，如何保存在內(nèi)存中的。關(guān)于函數(shù)是如何加載的，加載到哪里，推薦閱讀java.lang包—類加載器ClassLoader類，這篇文章詳細(xì)講解了JVM如何把函數(shù)加載到內(nèi)存。

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)構(gòu)圖

棧、堆、方法區(qū)的交互關(guān)系

方法區(qū)看作是一塊獨(dú)立與Java堆的內(nèi)存空間

?

• 方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域
• 方法區(qū)在JVM啟動(dòng)的時(shí)候被創(chuàng)建，并且它的實(shí)際物理內(nèi)存空間中和Java堆區(qū)一樣都可以是不連續(xù)的
• 方法區(qū)的大小，跟堆空間一樣，可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展
• 方法區(qū)的大小決定了系統(tǒng)可以保存多少個(gè)類，如果系統(tǒng)定義了太多的類，導(dǎo)致方法區(qū)溢出，虛擬機(jī)同樣會(huì)拋出內(nèi)存溢出錯(cuò)誤：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space 或者 java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
• ????????加載大量的第三方的jar包；Tomcat部署的工程過多（30-50個(gè)）；大量動(dòng)態(tài)的生成反射類
• 關(guān)閉JVM就會(huì)釋放這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存

HotSpot中方法區(qū)的演進(jìn)

在jdk7及以前，習(xí)慣上把方法區(qū)，稱為永久代。jdk8開始，使用元空間取代了永久代。本質(zhì)上，方法區(qū)和永久代并不等價(jià)。僅是對(duì)HotSpot而言1.《Java虛擬機(jī)規(guī)范》對(duì)如何實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，不作統(tǒng)一要求。例如：BEA JRockit / IBM J9中不存在永久代的概念。現(xiàn)在看來，當(dāng)年使用永久代，不是好的idea。導(dǎo)致Java程序更容易OOM（超過-XX：MaxPermSize上限）而到了JDK 8，終于完放棄了永久代的概念，改用與JRockit、J9一樣在本地內(nèi)存中實(shí)現(xiàn)的元空間（Metaspace）來代替。

元空間的本質(zhì)和永久代類似，都是對(duì)JVM規(guī)范中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)。不過元空間與永久代最大的區(qū)別在于：元空間不在虛擬機(jī)設(shè)置的內(nèi)存中、而是使用本地內(nèi)存。永久代、元空間二者并不只是名字變了，內(nèi)存結(jié)構(gòu)也調(diào)整了。根據(jù)《Java虛擬機(jī)規(guī)范》的規(guī)定，如果方法區(qū)無法滿足新的內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OOM異常。

方法區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

《深入理解Java虛擬機(jī)》書中對(duì)方法區(qū)（Method Area）存儲(chǔ)內(nèi)容描述如下：它用于存儲(chǔ)虛擬機(jī)加載的類型信息、常量、靜態(tài)常量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼緩存等。

1）類型信息

對(duì)每個(gè)加載的類型（類class、接口interface、枚舉enum、注解annotation），JVM必須在方法區(qū)中存儲(chǔ)以下類型信息：

這個(gè)類型的完整有效名稱（全名=包名.類名）

這個(gè)類型直接父類的完整的有效名（對(duì)于interface或是java.lang.Object，都沒有父類）

這個(gè)類型的修飾符（public，abstract，final的某個(gè)子集）

這個(gè)類型直接借樓的一個(gè)有序列表

2）域（Field）信息

• JVM必須在方法區(qū)中保存類型的所有域的相關(guān)信息以及域的聲明順序。
• 域的相關(guān)信息包括：域名稱、域類型、域修飾符（public，private，protected，static，final，volate，transient的某個(gè)子集）

3）方法（Method）信息

JVM必須保存所有方法的以下信息，同域信息一樣包括聲明順序；

• 方法名稱
• 方法的返回類型（或 void）
• 方法參數(shù)的數(shù)量和類型（按順序）
• 方法的修飾符（public，private，protected，static，final，synchronized，native，abstract的一個(gè)子集）
• 方法的字節(jié)碼（bytecodes）、操作數(shù)棧、局部變量表及大小（abstract和native方法除外）
• 異常表（abstract和native方法除外）
• 每個(gè)異常處理的開始位置、結(jié)束位置、代碼處理在程序計(jì)數(shù)器中的偏移地址、被捕獲的異常類的常量池索引

4）non-fianl的類變量

• 靜態(tài)變量和類關(guān)聯(lián)在一起，隨著類的加載而加載，它們成為類數(shù)據(jù)在邏輯上的一部分
• 類變量被類的所有實(shí)例共享，即使沒有實(shí)例時(shí)你也可以訪問它

5）補(bǔ)充說明：全局常量：static final

被聲明為fianl的類變量的處理方法則不同，每個(gè)全局常量在編譯的時(shí)候就會(huì)被分配了。

運(yùn)行時(shí)常量池 vs 常量池

• 方法區(qū)，內(nèi)部包含了運(yùn)行時(shí)常量池
• 字節(jié)碼文件，內(nèi)部包含了常量池
• 要弄清除方法區(qū)，需要理解清除ClassFile，因?yàn)榧虞d類的信息都在方法區(qū)
• 要弄清楚方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池，需要理解清除ClassFile中的常量池

一個(gè)有效的字節(jié)碼文件中除了包含類的版本信息、字段、方法以及接口等描述信息外，還包含一項(xiàng)信息那就是常量池表（Constant Pool Table），包含各種字面量和對(duì)類型、域和方法的符號(hào)引用。

1）為什么需要常量池？

一個(gè)java源文件中的類、接口，編譯后產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)碼文件。而Java中的字節(jié)碼需要數(shù)據(jù)支持，通常這種數(shù)據(jù)會(huì)很大以至于不能直接存在字節(jié)碼里，換另一種方式，可以存到常量池，這個(gè)字節(jié)碼包含了指向常量池的引用。在動(dòng)態(tài)鏈接的時(shí)候回用到運(yùn)行時(shí)常量池。

2）常量池中有什么？

• 數(shù)量值
• 字符串值
• 類引用
• 字段引用
• 方法引用

結(jié)論

???????常量池，可以看作是一張表，虛擬機(jī)指令根據(jù)這張常量表找到要執(zhí)行的類名、方法名、參數(shù)類型、字面量等類型。

運(yùn)行時(shí)常量池

• 運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分
• 常量池表（Constant Pool Table）是Class文件的一部分，用于存放編譯期生成的各種字面量與符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在類加載后存放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中
• 運(yùn)行時(shí)常量池，在加載類和接口到虛擬機(jī)后，就會(huì)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的運(yùn)行時(shí)常量池
• JVM為每個(gè)已加載的類型（類或接口）都維護(hù)一個(gè)常量池。池中的數(shù)據(jù)項(xiàng)就像數(shù)組項(xiàng)一樣，是通過索引訪問的
• 運(yùn)行時(shí)常量池中包含多種不同的常量，包括編譯器期就已經(jīng)明確的數(shù)值字面量，也包括到運(yùn)行期解析后才能夠獲得的方法或者字段引用。此時(shí)不再是常量池中的符號(hào)地址了，這里換為真實(shí)地址。
• ????????運(yùn)行時(shí)常量池，相對(duì)于Class文件常量池的另一重要特性是：具備動(dòng)態(tài)性
• 運(yùn)行時(shí)常量池類似于傳統(tǒng)編程語言中的符號(hào)表（symbol table），但是它所包含的數(shù)據(jù)卻比符號(hào)表要更加豐富一些
• 當(dāng)創(chuàng)建類或接口的運(yùn)行時(shí)常量池時(shí)，如果構(gòu)造運(yùn)行時(shí)常量池所需要的內(nèi)存空間超過了方法區(qū)所能提供的最大值，則JVM會(huì)拋OutOfMemoryError異常。

方法區(qū)的演進(jìn)細(xì)節(jié)

1.首先說明：只有HotSpot才有永久代

BEA JRockit、IBM J9等來說，是不存在永久代的概念的。原則上如何實(shí)現(xiàn)方法區(qū)屬于虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)襲擊，不受《Java虛擬機(jī)規(guī)范》管束，并不要求統(tǒng)一。

2.HotSpot中方法區(qū)的1變化：

永久代為什么要被元空間替換？

隨著Java8的到來，HotSpot VM 中再也見不到永久代了。但是這并不意味這類的元數(shù)據(jù)信息也消失了。這些數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移到了一個(gè)與堆不相連的本地內(nèi)存區(qū)域，這個(gè)區(qū)域叫做元空間（Metaspace）。由于類的元數(shù)據(jù)分配在本地內(nèi)存中，元空間的最大可分配空間就是系統(tǒng)可用內(nèi)存空間。這項(xiàng)改動(dòng)是很有重要的，原因有：

?1??為永久代設(shè)置空間大小是很難確定的

在某些場(chǎng)景下，如果動(dòng)態(tài)加載類過多，容易產(chǎn)生Perm 區(qū)的OOM。比如某個(gè)實(shí)際Web工程中，因?yàn)楣δ茳c(diǎn)比較多，在運(yùn)行過程中，要不斷動(dòng)態(tài)加載很多類，經(jīng)常出現(xiàn)致命錯(cuò)誤。而元空間和永久代之間最大的區(qū)別就在：元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認(rèn)情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制

2??對(duì)永久代進(jìn)行調(diào)優(yōu)是很困難的

方法區(qū)的垃圾收集主要回收兩部分內(nèi)容：常量池中廢棄的常量和不再使用的類型。

判定一個(gè)常量是否“廢棄”還是相對(duì)簡(jiǎn)單，而要判斷一個(gè)類型是都屬于“不在被使用的類”的條件就比較苛刻了。需要同時(shí)滿足下面三個(gè)條件；
?????????改類所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，也就是Java堆中不存在該類及其任何派生類的實(shí)例
?????????加載該類的類加載器已經(jīng)被回收，這個(gè)條件除非是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的可替換類加載器的場(chǎng)景，如OSGi、JSP的重加載等，否則是很難達(dá)成的。
?????????該類對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒有任何地方被引用，無法再任何地方通過反射訪問該類的方法

在使用大量反射、動(dòng)態(tài)代理、CGLib等字節(jié)碼框架，動(dòng)態(tài)生成JSP以及OSGi這類頻繁自定義類加載器的場(chǎng)景中，通常都需要Java虛擬機(jī)具備類型卸載的能力，以保證不會(huì)對(duì)方法區(qū)造成過大的內(nèi)存壓力。

StringTable為什么要調(diào)整

jdk7將StringTable放到了對(duì)空間中。因?yàn)橛谰么幕厥招屎艿?#xff0c;在Full GC的時(shí)候才會(huì)觸發(fā)。而Full GC是老年代的空間不足、永久代不足時(shí)才會(huì)觸發(fā)。這就導(dǎo)致StringTable回收效率不高。而我們開發(fā)中會(huì)有大量的字符串被創(chuàng)建，回收效率低，導(dǎo)致永久代內(nèi)存不足。放到堆里，能及時(shí)回收內(nèi)存。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM—方法区到底是怎么保存函数方法的？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。