方法区

栈、堆、方法区的交互关系

方法区的理解

oracle官网上的描述：

《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，但一些简单的实现可能不会选择去进行拉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。
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或者java.lang.OutofMemoryError:Metaspace

- 加载大量的第三方的jar包；Tomcat部署的工程过多(30-50个)和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中方法区的演进

在jdk7及以前，习惯上把方法区，称为永久代。jdk8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：BEA JRockit/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)

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

元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代最大的区别在于：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、元空间二者并不只是名字变了，内部结构也调整了。

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求时，将抛出OOM异常。

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及以前：

- 通过-XX:PermSize来设置永久代初始分配空间。默认值是20.75M
- -XX:MaxPermSize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M,64位机器模式是82M

当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报异常OutofMemoryError:PermGenspace。
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的值是-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。如果元数据区发生溢出，虚拟机一样会抛出异常OutofMemoryError:Metaspace。
- -XX:MetaspaceSize:设置初始的元空间大小。对于一个64位的服务器端JVM来说，其默认的-XX:MetaspaceSize值为21MB。这就是初始的高水位线，一旦触及这个水位线，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。为了避免频繁地GC,建议将-XX:Metaspacesize设置为一个相对较高的值。

如何解决这些OOM？

1、要解决OOM异常或heap spacel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)

2、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GC Roots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GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。

3、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与-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。

方法区的内部结构

《深入理解Java虚拟机》书中对方法区(Method Area)存储内容描述如下：它用于存储己被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。

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称（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.0bject,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的相关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)信息

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。

non-final的类变量

静态变量和类关联在一起，随着类的加载而加载，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，即使没有类实例时你也可以访问它。

补充说明:全局常量:static final

被声明为final的类变量的处理方法则不同，每个全局常量在编译的时候就会被分配了。

运行时常量池VS常量池

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。

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。

JDK 20 Documentation - Home

如下：

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信息外，还包含一项信息那就是常量池表(Constant Pool Table),包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。

什么是常量池

一个java源文件中的类、接口，编译后产生一个字节码文件。而Java中的字节码需要数据支持，通常这种数据会很大以至于不能直接存到字节码里，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，之前有介绍。

比如：如下的代码：

public class simpleclass{
    
    public void sayHello(){
        System.out.println("hello");}
}

虽然只有一百多个字节，但是里面却使用了String、System、PrintStream及Object等结构。这里代码量其实已经很小了。如果代码多，引用到的结构会更多！这里就需要常量池了！

常量池中有什么

几种在常量池内存储的数据类型包括：

数量值
字符串值
类引用
字段引用
方法引用

小结

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，包括编译期就己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。