java方法区超详细汇总，方法区到底是干什么用的？不懂方法区不能说了解jvm！
目錄
一、運行時數(shù)據(jù)區(qū)結構圖
二、棧、堆、方法區(qū)的交互關系
三、方法區(qū)的理解
官方文檔
方法區(qū)在哪里
方法區(qū)的基本理解
HotSpot中方法區(qū)的演進
四、設置方法區(qū)大小與OOM
設置方法區(qū)內存的大小
代碼舉例1
代碼舉例2
如何解決這種OOM？
五、方法區(qū)的內部結構
方法區(qū)（Method?Area）存儲什么？
方法區(qū)的內部結構
類型信息：
域（Field）（屬性）信息：
方法（Method）信息：
non-final的類變量
全局常量（static+final）
六、運行時常量池vs常量池
常量池是什么？
為什么需要常量池？？
在常量池內存儲的數(shù)據(jù)類型包括
常量池小結
運行時常量池
七、方法區(qū)使用舉例
執(zhí)行順序：
八、方法區(qū)演進細節(jié)
永久代為什么要被元空間替換？
StringTable（字符串常量池）為什么要調整？
靜態(tài)變量放在哪里？
九、方法區(qū)的垃圾回收
十、總結
常見面試題
一、運行時數(shù)據(jù)區(qū)結構圖
二、棧、堆、方法區(qū)的交互關系
從線程共享與否的角度來看：
代碼角度：
從棧堆方法區(qū)內存結構來看：
三、方法區(qū)的理解
官方文檔
方法區(qū)在哪里
? ? 《Java虛擬機規(guī)范》中明確說明：“盡管所有的方法區(qū)在邏輯上是屬于堆的一部分，但一些簡單的實現(xiàn)可能不會選擇去進行垃圾收集或者進行壓縮。”但對于HotSpotJVM而言，方法區(qū)還有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分開。
? ? 所以，方法區(qū)看做是一塊獨立于Java堆的內存空間。
方法區(qū)的基本理解
1.方法區(qū)（Method?Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區(qū)域。
2.方法區(qū)在JVM啟動的時候被創(chuàng)建，并且它的實際的物理內存空間中和Java堆區(qū)一樣都可以是不連續(xù)的。
3.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展。
4.方法區(qū)的大小決定了系統(tǒng)可以保存多少個類，如果系統(tǒng)定義了太多的類（加載大量第三方jar包、timcat部署的工程過多、大量動態(tài)生成反射類），導致方法區(qū)溢出，虛擬機同樣會拋出內存溢出錯誤：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space（jdk7以前）或者java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace（jdk8以后）
5.關閉JVM就會釋放這個區(qū)域的內存。
HotSpot中方法區(qū)的演進
1.在jdk7以前，習慣上把方法區(qū)，成為永久代。jdk8開始，使用元空間取代了永久代。
2.本質上，方法區(qū)和永久代并不等價。僅是對HotSpot而言的。《Java虛擬機規(guī)范》對如何實現(xiàn)方法區(qū)，不做統(tǒng)一要求。例如：BEA?JRockit/IBM J9中不存在永久代的概念。
? ? 現(xiàn)在來看，當年使用永久代，不是好的idea。導致java程序更容易OOM（超過-XX:MaxPermSize上限）
3.而到了JDK8，終于完全廢棄了永久代的概念，改用與JRockit、J9一樣在本地內存中實現(xiàn)的元空間（Metaspace）來代替。
4.元空間的本質和永久代類似，都是對JVM規(guī)范中方法區(qū)的實現(xiàn)。不過元空間與永久代最大的區(qū)別在于：元空間不再虛擬機設置的內存中，而是使用本地內存。
5.永久代、元空間二者并不只是名字變了，內部結構也調整了。
6.根據(jù)《Java虛擬機規(guī)范》的規(guī)定，如果方法區(qū)無法滿足新的內存分配需求時，將拋出OOM異常。
四、設置方法區(qū)大小與OOM
設置方法區(qū)內存的大小
? ? 方法區(qū)的大小不必是固定的，jvm可以根據(jù)應用的需要動態(tài)調整。
jdk7及以前：
? ? 通過-XX:PermSize來設置永久代初始分配空間。默認值是20.75M
? ? -XX:MaxPermSize來設定永久代最大可分配空間。32位機器默認是64M，64位機器默認是82M
? ? 當JVM加載的類信息容量超過了這個值，會報異常OutOfMemoryError:PermGen space。
jdk8及以后：
? ? 元數(shù)據(jù)區(qū)大小可以使用參數(shù)-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize指定，替代上述原有的兩個參數(shù)。
? ? 默認值依賴于平臺。windows下，-XX:MetaspaceSize是21M，-XX:MaxMetaspaceSize的值是-1，即沒有限制。
? ? 與永久代不同，如果不指定大小，默認情況下，虛擬機會耗盡所有的可用系統(tǒng)內存。如果元數(shù)據(jù)區(qū)發(fā)生溢出，虛擬機一樣會拋出異常OutOfMemoryError:Metaspace。
?? ?-XX:MetaspaceSize：設置初始的元空間大小。對于一個64位的服務器端JVM來說，其默認的-XX:MetaspaceSize值為21MB。這就是初始的高水位線，一旦觸及這個水位線，Full?GC將會被觸發(fā)并卸載沒用的類（即這些類對應的類加載器不再存活），然后這個高水位線將會重置。新的高水位線的值取決于GC后釋放了多少元空間。如果釋放的空間不足，那么在不超過MaxMetaspaceSize時，適當提高該值。如果釋放空間過多，則適當降低該值。
? ? 如果初始化的高水位線設置過低，上述高水位線調整情況會發(fā)生很多次。通過垃圾回收器的日志可以觀察到Full?GC多次調用。為了避免頻繁地GC，建議將-XX:MetaspaceSize設置為一個相對較高的值。
代碼舉例1
代碼舉例2
如何解決這種OOM？
1.要解決OOM異常或heap?space的異常，一般的手段是首先通過內存映像分析工具（如Eclipse?Memory?Analyzer）對dump出來的堆轉儲快照進行分析，重點是確認內存中的對象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出現(xiàn)了內存泄漏（Memory?Leak）還是內存溢出（Memory?Overflow）。
2.如果是內存泄漏，可進一步通過工具查看泄漏對象到GC?Roots的引用鏈。于是就能找到泄漏對象是通過怎樣的路徑與GC?Roots相關聯(lián)并導致垃圾收集器無法自動回收它們的。掌握了泄漏對象的類型信息，以及GC?Roots引用鏈的信息，就可以比較準確地定位出泄漏代碼的位置。
3.如果不存在內存泄漏，換句話說就是內存中的對象卻是都還必須存活著，那就應當檢查虛擬機的堆參數(shù)（-Xmx與-Xms），與機器物理內存對比看是否還可以調大，從代碼上檢查是否存在某些對象生命周期過長、持有狀態(tài)時間過長的情況，嘗試減少程序運行期的內存消耗。
五、方法區(qū)的內部結構
方法區(qū)（Method?Area）存儲什么？
? ? 《深入理解Java虛擬機》書中對方法區(qū)（Method?Aera）存儲內容描述如下：它用于存儲已被虛擬機加載的類型信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼緩存等。
方法區(qū)的內部結構
類型信息：
對每個加載的類型（類class、接口interface、枚舉enum、注解annotation），JVM必須在方法區(qū)中存儲以下類型信息：
1.這個類型的完整有效名稱（全名=包名.類名）
2.這個類型直接父類的完整有效名（對于interface或是java.lang.Object，都沒有父類）
3.這個類型的修飾符（public，abstract，final的某個子集）
4.這個類型直接接口的一個有序列表
域（Field）（屬性）信息：
1.JVM必須在方法區(qū)中保存類型的所有域的相關信息以及域的聲明順序。
2.域的相關信息包括：域名稱、域類型、域修飾符（public，private，protected，static，final，volatile，transient的某個子集）
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：
1.方法名稱
2.方法的返回類型（或void）
3.方法參數(shù)的數(shù)量和類型（按順序）
4.方法的修飾符（public，private，protected，static，final，synchronized，native，abstract的某個子集）
5.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）
6.異常表（abstract和native方法除外）
? ? 每個異常處理的開始位置、結束位置、代碼處理在程序計數(shù)器中的偏移地址、被捕獲的異常類的常量池索引。
non-final的類變量
1.靜態(tài)變量和類關聯(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。
2.類變量被類的所有實例共享，即使沒有類實例時你也可以訪問它。
全局常量（static+final）
被聲明為final的類變量的處理方法則不同，每個全局常量在編譯的時候就會被分配了。
六、運行時常量池vs常量池
? ? 方法區(qū)，內部包含了運行時常量池。
? ? 字節(jié)碼文件，內部包含了常量池。
? ? 要弄清楚方法區(qū)，需要理解清楚ClassFile，因為加載類的信息都在方法區(qū)。
? ? 要弄清楚方法區(qū)的運行時常量池，需要理解清楚ClassFile中?的常量池。
官方文檔：
常量池是什么？
一個有效地字節(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，還包含一項信息那就是常量池表（Constant?Pool?Table），包括各種字面量和對類型、域、和方法的符號引用。
為什么需要常量池？？
? ? 一個java源文件中的類、接口，編譯后產生一個字節(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)會很大以至于不能直接存到字節(jié)碼里，換另一種方式，可以存到常量池，這個字節(jié)碼包含了指向常量池的引用。在動態(tài)鏈接的時候會用到運行時常量池。
? ? 比如，如下代碼：
? ? 雖然很小，但是里面卻使用了String、System、PrintStream及Object等結構。這里代碼量其實已經(jīng)很小了。如果代碼多，引用到的結構會更多！這里就需要常量池了！
在常量池內存儲的數(shù)據(jù)類型包括
1.數(shù)量值
2.字符串值
3.類引用
4.字段引用
5.方法引用
例如下面這段代碼：
將會被編譯成如下字節(jié)碼，其中后面的#2、#3，就指向了class文件常量池：
類似這種：
常量池小結
? ? 常量池，可以看做是一張表，虛擬機指令根據(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。
運行時常量池
1.運行時常量池（Runtime?Constant?Pool）是方法區(qū)的一部分。
2.常量池表（Constant?Pool?Table）是Class文件的一部分，用于存放編譯器生成的各種字面量與符號引用，這部分內容將在類加載后存放到方法區(qū)的運行時常量池中。
3.運行時常量池，在加載類和接口到虛擬機后，就會創(chuàng)建對應的運行時常量池。
4.JVM為每個已加載的類型（類或接口）都維護一個常量池。池中的數(shù)據(jù)項像數(shù)組項一樣，是通過索引訪問的（類似于用#xx來指向常量池中數(shù)據(jù)）。
5.運行時常量池中包含多種不同的常量，包括編譯期就已經(jīng)明確的數(shù)值字面量，也包括到運行期解析后才能獲得的方法或者字段引用。此時不再是常量池中的符號地址了，這里換為真實地址。
? ? 運行時常量池，相對于Class文件常量池的另一重要特征是：具備動態(tài)性。
?? ??? ?關于字符串String中的intern方法，是當前的字符對象（通過new出來的對象）可以使用intern方法從常量池中獲取，
?? ??? ?如果常量池中不存在該字符串，那么就新建一個這樣的字符串放到常量池中。
使用常量池的方法一個是通過雙引號定義字符串例如：String S = “1”；還有就是上面的intern方法。
6.運行時常量池類似于傳統(tǒng)編程語言中的符號表（symbol?table），但是它所包含的數(shù)據(jù)卻比符號表要更加豐富一些。
7.當創(chuàng)建類或接口的運行時常量池時，如果構造運行時常量池所需的內存空間超過了方法區(qū)所能提供的最大值，則JVM會拋OutOfMemoryError異常。
七、方法區(qū)使用舉例
javap -v -p?xxx.class，查看字節(jié)碼文件
執(zhí)行順序：
八、方法區(qū)演進細節(jié)
1.首先明確：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。原則上如何實現(xiàn)方法區(qū)屬于虛擬機實現(xiàn)細節(jié)，不受《Java虛擬機規(guī)范》管束，并不要求統(tǒng)一。
2.HotSpot中方法區(qū)的變化：
| jdk1.6及以前 | 有永久代（permanent?generation），靜態(tài)變量存放在永久代上 |
| jdk1.7 | 有永久代，但已經(jīng)逐步“去永久代”，字符串常量池、靜態(tài)變量移除，保存在堆中 |
| jdk1.8及以后 | 無永久代，類型信息、字段、方法、常量保存在本地內存的元空間，但字符串常量池、靜態(tài)變量仍在堆 |
永久代為什么要被元空間替換？
1.隨著Java8的到來，HotSpot?VM中再也見不到永久代了。但是這并不意味著類的元數(shù)據(jù)信息也消失了。這些數(shù)據(jù)被移到了一個與堆不相連的本地內存區(qū)域，這個區(qū)域叫做元空間（Metaspace）。
2.由于類的元數(shù)據(jù)分配在本地內存中，元空間的最大可分配空間就是系統(tǒng)可用內存空間。
3.這項改動是很有必要的，原因有：
?? ?（1）為永久代設置空間大小是很難確定的。
? ? 在某些場景下，如果動態(tài)加載類過多，容易產生Perm區(qū)的OOM。比如某個實際web工程中，因為功能點比較多，在運行過程中，要不斷動態(tài)加載很多類，經(jīng)常出現(xiàn)致命錯誤。
? ? 而元空間和永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機中，而是使用本地內存。因此，默認情況下，元空間的大小僅受本地內存限制。
? ? （2）對永久代進行調優(yōu)是很困難的。
StringTable（字符串常量池）為什么要調整？
? ? jdk7中將StringTable放到了堆空間中。因為永久代的回收效率很低，在full?gc的時候才會觸發(fā)。而full?gc是老年代的空間不足、永久代不足時才會觸發(fā)。這就導致StringTable回收效率不高。而我們開發(fā)中會有大量的字符串被創(chuàng)建，回收效率低，導致永久代內存不足。放到堆里，能及時回收內存。
靜態(tài)變量放在哪里？
測試一：
結論：靜態(tài)引用，對應的對象實體（new的東西）始終都存在堆空間中（不管jdk幾）。
測試二：
staticObj靜態(tài)變量隨著Test的類型信息存放在方法區(qū)，instanceObj成員變量隨著Test的對象實例存放在Java堆，localObject局部變量則是存放在foo()方法棧幀的局部變量表中。
測試發(fā)現(xiàn)：三個對象的數(shù)據(jù)在內存中的地址都落在Eden區(qū)范圍內，所以結論：只要是對象實例必然會在Java堆中分配。
接著，找到了一個引用該staticObj對象的地方，是在一個java.lang.Class的實例里，并且給出了這個實例的地址，通過Inspector查看該對象實例，可以清楚看到這確實是一個java.lang.Class類型的對象實例，里面有一個名為staticObj的實例字段：
? ? 從《Java虛擬機規(guī)范》所定義的概念模型來看，所有Class相關的信息都應該存放在方法區(qū)之中，但方法區(qū)該如何實現(xiàn)，《Java虛擬機規(guī)范》并未作出規(guī)定，這就成了一件允許不同虛擬機自己靈活把握的事情。JDK7及其以后版本的HotSpot虛擬機選擇把靜態(tài)變量與類型在Java語言一端的映射Class對象存放在一起，存儲于Java堆之中，從我們的實驗中也明確驗證了這一點。
九、方法區(qū)的垃圾回收
? ? 有些人認為方法區(qū)（如HotSpot虛擬機中的元空間或者永久代）是沒有垃圾收集行為的，其實不然。《Java虛擬機規(guī)范》對方法區(qū)的約束是非常寬松的，提到過可以不要求虛擬機在方法區(qū)中實現(xiàn)垃圾收集。事實上也確實有未實現(xiàn)或未能完整實現(xiàn)方法區(qū)類型卸載的收集器存在（如JDK11時期的ZGC收集器就不支持類卸載）。
? ? 一般來說這個區(qū)域的回收效果比較難令人滿意，尤其是類型的卸載，條件相當苛刻。但是這部分區(qū)域的回收有時又確實是必要的。以前Sun公司的Bug列表中，曾出現(xiàn)過的若干個嚴重的Bug就是由于低版本的HotSpot虛擬機對此區(qū)域未完全回收而導致內存泄漏。
? ? 方法區(qū)的垃圾收集主要回收兩部分內容：常量池中廢棄的常量和不再使用的類型。
1.先來說說方法區(qū)內常量池之中主要存放的兩大類常量：字面量和符號引用。字面量比較接近Java語言層次的常量概念，如文本字符串、被聲明為final的常量值等。而符號引用則屬于編譯原理方面的概念，包括下面三類常量： （1）類和接口的全限定名 （2）字段的名稱和描述符 （3）方法的名稱和描述符 2.HotSpot虛擬機對常量池的回收策略是很明確的，只要常量池中的常量沒有被任何地方引用，就可以被回收。 3.回收廢棄常量與回收Java堆中的對象非常類似。 4.判斷一個常量是否“廢棄”還是相對簡單，而要判定一個類型是否屬于“不再被使用的類”的條件就比較苛刻了。需要同時滿足下面三個條件： （1）該類所有的實例都已經(jīng)被回收，也就是Java堆中不存在該類及其任何派生子類的實例。 （2）加載該類的類加載器已經(jīng)被回收，這個條件除非是經(jīng)過精心設計的可替換類加載器的場景，如OSGi、JSP的重加載等，否則通常是很難達成的。 （3）該類對應的java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。 5.Java虛擬機被允許對滿足上述三個條件的無用類進行回收，這里說的僅僅是“被允許”，而并不是和對象一樣，沒有引用了就必然會回收。關于是否要對類型進行回收，HotSpot虛擬機提供了-Xnoclassgc參數(shù)進行控制，還可以使用-verbose:class以及-XX:+TraceClass-Loading、-XX:TraceClassUnLoading查看類加載和卸載信息。 6.在大量使用反射、動態(tài)代理、CGLib等字節(jié)碼框架，動態(tài)生成JSP以及OSGi這類頻繁自定義類加載器的場景中，通常都需要Java虛擬機具備類型卸載的能力，以保證不會對方法區(qū)造成過大的內存壓力。十、總結
常見面試題
1.說一下JVM內存模型吧，有哪些區(qū)？分別干什么的？
2.Java8的內存分代改進
3.JVM內存分布/內存結構？棧和堆的區(qū)別？堆的結構？為什么兩個survivor區(qū)？
4.Eden和Survivor的比例分配
5.jvm內存分區(qū)，為什么要有新生代和老年代
6.講講jvm運行時數(shù)據(jù)庫區(qū)
7.什么時候對象會進入老年代？
8.JVM內存為什么要分新生代，老年代，永久代。新生代為什么要分Eden和Survivor。
9.jvm的永久代中會發(fā)生垃圾回收嗎
總結
以上是生活随笔為你收集整理的java方法区超详细汇总，方法区到底是干什么用的？不懂方法区不能说了解jvm！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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