5.1 方法区的理解
5.1.1 方法区、堆、栈的交互关系
User user = new User()
- User 就是方法区,存储类的信息
- user 就是栈,存储引用
- new User()就是堆,分配对象空间
5.1.2 概述
方法区相当于接口,jdk7中的实现被称为永久代,jdk8中的实现被称为元空间
方法区逻辑上属于堆的一部分,但是实际情况中可以把堆和方法区区分开,方法区又称之为 非堆(non-Heap),而且实际上堆的jvm参数设置大小也并不包括方法区
- 方法区与堆类似,都属于多线程共享的
- 方法区在jvm启动时创建,同样的与堆类似,在物理上可以是不连续的
- 方法区的大小与堆类似,可以设置为固定大小/动态扩展
- 方法区大小决定了系统可以创建多少类,如果类太多,方法区就会报 OOM: Jdk7 PermGen space jdk8 MetaSpace
- 关闭jvm就会销毁方法区,释放方法区的内存
5.1.3 方法区的演变
jdk7 方法区被称为永久代
jdk8 方法区被称为元空间
- 严格来说:方法区≠永久代,仅仅对hotspot来说有永久代的概念,J9/JRocket中都不存在永久代的概念
- 从现在看,永久代并不是一个好的概念,导致了大量的OOM jvm参数 -XX:MaxPermSize设置永久代最大空间
- jdk8以后废弃永久代的概念,改用本地内存实现的元空间代替
- 永久代与元空间的本质类似,都是对方法区的实现,但是元空间不再使用虚拟机设置的内存,而是改用本地内存
- 元空间的内部结构也发生变化
- 元空间也有可能出现OOM(超出本地内存大小)
5.1.4 方法区大小设置与OOM
jdk1.7
- -XX:PermSize 设置永久代初始内存 默认20.75M
- -XX:MaxPermSize 设置永久代最大内存,32位机器默认64M, 64位机器默认82M
- 超过 -XX:MaxPermSize 的大小 就会报OOM
jdk1.8及以后
- 使用 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize替换上述两个参数,并且上述两个参数在jdk1.8中已废弃
- 默认值与平台相关 windows下 -XX:MetaspaceSize为21M -XX:MaxMetaspaceSize无限制(-1)
- 与永久代不同,不指定大小的情况下,元空间会耗尽所有系统可用内存,如果依然发生了内存溢出,就会报OOM
- -XX:MetaspaceSize 默认21M,如果超过此水位线,就会触发FullGC,然后卸载一些不用的类(类对应的类加载器不在存活),然后这个水位线就会重置,新的水位线大小取决于FullGC释放的大小,如果释放的不足,那么在不超过MaxMetaspaceSize的前提下,会适当提高水位线;相反,如果释放比较多的空间,那么就会适当降低水位线
- 如果初始化的水位线设置过低,那么在程序运行过程中可能就会触发多次FullGC调整水位线,为了避免这种情况,可以适当的把水位线-XX:MetaspaceSize调高
package com.zy.study10;
/**
* @Author: Zy
* @Date: 2021/8/30 23:04
* 测试调整jdk1.8的元空间大小
* -XX:MetaspaceSize=50M
* -XX:MaxMetaspaceSize=100M
*/
public class MethadAreaTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println("start");
Thread.sleep(1000000);
}
}
通过jps和jinfo查看jvm参数
5.2 方法区的结构
方法区主要存储类型信息,常量,静态变量,JIT编译后的代码缓存,域信息,方法信息等.
5.2.1 类型信息
类,接口,枚举,注解等类型必须存储的信息:
- 完整有效名称(完整包名.类名)
- 直接父类的完整有效名称, 接口/Object没有父类
- 类型的修饰符
- 直接接口的一个有序列表
5.2.2 域信息(Field)
保存类型的所有域的信息和域的声明顺序
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)
5.2.3 方法信息(Method)
保存类型中的所有方法的信息
方法的相关信息包括:
- 方法名称
- 方法的返回值(包括void)
- 方法的参数和类型(按顺序)
- 方法的修饰符(public private protected static final volatile transient的某个子集)
- 方法的字节码(Bytes),操作数栈和局部变量表及大小(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的中偏移地址,被捕获的异常类在常量池中的索引
package com.zy.study10;
/**
* @Author: Zy
* @Date: 2021/8/31 9:56
* 测试方法区反编译效果
*/
public class MethodStructureTest {
public int num = 0;
private String str = "测试内部结构";
public void test1(){
System.out.println("num"+num);
System.out.println(str);
}
public void test2(){
int i = 0;
int j = 0;
try {
int k = i/j;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
可以反编译后查看class文件,进而看到方法区的具体结构:
Classfile /E:/张尧/idea项目/jvm/target/classes/com/zy/study10/MethodStructureTest.class
Last modified 2021-8-31; size 1137 bytes
MD5 checksum 0de91cc4cb8d502aa743a5e961bcbfec
Compiled from "MethodStructureTest.java"
public class com.zy.study10.MethodStructureTest
minor version: 0
major version: 52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref #16.#39 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #15.#40 // com/zy/study10/MethodStructureTest.num:I
#3 = String #41 // 测试内部结构
#4 = Fieldref #15.#42 // com/zy/study10/MethodStructureTest.str:Ljava/lang/String;
#5 = Fieldref #43.#44 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#6 = Class #45 // java/lang/StringBuilder
#7 = Methodref #6.#39 // java/lang/StringBuilder."<init>":()V
#8 = String #17 // num
#9 = Methodref #6.#46 // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#10 = Methodref #6.#47 // java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
#11 = Methodref #6.#48 // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
#12 = Methodref #49.#50 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
#13 = Class #51 // java/lang/Exception
#14 = Methodref #13.#52 // java/lang/Exception.printStackTrace:()V
#15 = Class #53 // com/zy/study10/MethodStructureTest
#16 = Class #54 // java/lang/Object
#17 = Utf8 num
#18 = Utf8 I
#19 = Utf8 str
#20 = Utf8 Ljava/lang/String;
#21 = Utf8 <init>
#22 = Utf8 ()V
#23 = Utf8 Code
#24 = Utf8 LineNumberTable
#25 = Utf8 LocalVariableTable
#26 = Utf8 this
#27 = Utf8 Lcom/zy/study10/MethodStructureTest;
#28 = Utf8 test1
#29 = Utf8 test2
#30 = Utf8 e
#31 = Utf8 Ljava/lang/Exception;
#32 = Utf8 i
#33 = Utf8 j
#34 = Utf8 StackMapTable
#35 = Class #53 // com/zy/study10/MethodStructureTest
#36 = Class #51 // java/lang/Exception
#37 = Utf8 SourceFile
#38 = Utf8 MethodStructureTest.java
#39 = NameAndType #21:#22 // "<init>":()V
#40 = NameAndType #17:#18 // num:I
#41 = Utf8 测试内部结构
#42 = NameAndType #19:#20 // str:Ljava/lang/String;
#43 = Class #55 // java/lang/System
#44 = NameAndType #56:#57 // out:Ljava/io/PrintStream;
#45 = Utf8 java/lang/StringBuilder
#46 = NameAndType #58:#59 // append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#47 = NameAndType #58:#60 // append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
#48 = NameAndType #61:#62 // toString:()Ljava/lang/String;
#49 = Class #63 // java/io/PrintStream
#50 = NameAndType #64:#65 // println:(Ljava/lang/String;)V
#51 = Utf8 java/lang/Exception
#52 = NameAndType #66:#22 // printStackTrace:()V
#53 = Utf8 com/zy/study10/MethodStructureTest
#54 = Utf8 java/lang/Object
#55 = Utf8 java/lang/System
#56 = Utf8 out
#57 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
#58 = Utf8 append
#59 = Utf8 (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#60 = Utf8 (I)Ljava/lang/StringBuilder;
#61 = Utf8 toString
#62 = Utf8 ()Ljava/lang/String;
#63 = Utf8 java/io/PrintStream
#64 = Utf8 println
#65 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
#66 = Utf8 printStackTrace
{
public int num;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC
private java.lang.String str;
descriptor: Ljava/lang/String;
flags: ACC_PRIVATE
public com.zy.study10.MethodStructureTest();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: aload_0
5: iconst_0
6: putfield #2 // Field num:I
9: aload_0
10: ldc #3 // String 测试内部结构
12: putfield #4 // Field str:Ljava/lang/String;
15: return
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 4
line 10: 9
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 16 0 this Lcom/zy/study10/MethodStructureTest;
public void test1();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3, locals=1, args_size=1
0: getstatic #5 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: new #6 // class java/lang/StringBuilder
6: dup
7: invokespecial #7 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
10: ldc #8 // String num
12: invokevirtual #9 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
15: aload_0
16: getfield #2 // Field num:I
19: invokevirtual #10 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
22: invokevirtual #11 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
25: invokevirtual #12 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
28: getstatic #5 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
31: aload_0
32: getfield #4 // Field str:Ljava/lang/String;
35: invokevirtual #12 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
38: return
LineNumberTable:
line 14: 0
line 15: 28
line 16: 38
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 39 0 this Lcom/zy/study10/MethodStructureTest;
public void test2();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=4, args_size=1
0: iconst_0
1: istore_1
2: iconst_0
3: istore_2
4: iload_1
5: iload_2
6: idiv
7: istore_3
8: goto 16
11: astore_3
12: aload_3
13: invokevirtual #14 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
16: return
Exception table:
from to target type
4 8 11 Class java/lang/Exception
LineNumberTable:
line 19: 0
line 20: 2
line 23: 4
line 26: 8
line 24: 11
line 25: 12
line 27: 16
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
12 4 3 e Ljava/lang/Exception;
0 17 0 this Lcom/zy/study10/MethodStructureTest;
2 15 1 i I
4 13 2 j I
StackMapTable: number_of_entries = 2
frame_type = 255 /* full_frame */
offset_delta = 11
locals = [ class com/zy/study10/MethodStructureTest, int, int ]
stack = [ class java/lang/Exception ]
frame_type = 4 /* same */
}
SourceFile: "MethodStructureTest.java"
5.2.4 运行时常量池
- 字节码中包含了常量池
- 方法中包含了运行时常量池,运行时常量池就是将字节码中的常量池加载到内存中
常量池:
- 常量池中的类型包括: 数量值,字符串值,类引用,字段引用,方法引用
- 常量池可以看作一张表,存储了类名,方法名,字段名,参数类型等等信息,虚拟机在执行代码的时候根据指令找到对应的常量池索引,进而使用
- 常量池内部是嵌套的
运行时常量池:
- 运行时常量池是方法区的一部分
- 运行时常量池是在类和接口等类型加载到jvm的时候创建的,将常量池中的字面量和符号引用存储到运行时常量池,并将符号引用转换为直接引用
- 运行时常量池具有动态性,即可以在运行时动态添加
- 运行时常量池是通过索引访问的,常量池的容量要比实际存储数量大1
- 当运行时常量池超过方法区的最大内存时,会OOM
5.3 方法区的演变过程
从jdk6,jdk7,jdk8看方法区的变化过程
jdk6 |
永久代,静态变量/常量池存放在永久代中 |
jdk7 |
永久代,逐渐去除永久代,静态变量/常量池移到了堆中 |
jdk8 |
元空间,但是静态变量/常量池还是在堆中 |
为什么要用元空间替代永久代?
oracle官网的解释是,JRocket/J9都使用了元空间,并且Oracle已经收购了JRocket,所以就使用了元空间.
从调优上理解:
- 永久代大小难以设置,如果设置过大,比较浪费虚拟机内存,如果设置过小,又会触发多次FullGC,影响性能
- 永久代难以调优,永久代正常情况下很少GC,难以控制调优
相比之下元空间使用本地内存,能用多大就用多大,也不用jvm考虑GC问题,提高了性能
从上述演变过程解释一下为什么StringTable要移动到堆?
因为开发过程中创建大量的字符串,这些字符串如果都放到永久代中,由于永久代的GC效率不是很高,只要当老年代/永久代空间不足时才会触发FullGC然后回收永久代中,这样就导致了大量的字符串不会被回收,可能会导致永久代空间不足,移动到堆之后,就可以通过YGC快速回收.
注意: 静态变量存放在堆中指的是变量引用本身,而不是对象本身,创建的对象都是存放在堆中的,而引用本身则是随着jdk版本的不同存放的地方也不同,jdk6中存放在永久代,7/8存放在堆中
5.4 方法区的垃圾回收
java虚拟机规范中并没有强制要求jvm要对方法区进行回收,针对HotSpot来说,还是有回收的:
方法区的垃圾回收主要针对:
- 运行时常量池中不再使用的常量
- 不再使用的类型信息
5.4.1 常量的回收规则
常量主要指的是字面量和符号引用
主要包括:
- 类和接口的全限定名(完整包名+类名)
- 字段的名称和描述符
- 方法的名称和描述符
在hotspot中,只要没有地方引用该常量,就将该常量回收,类似对堆中对象的回收
5.4.2 类型的回收
判断一个类是否不再使用,需要同时满足如下关系:
- 该类的所有实例都被回收,堆中不存在该类及其派生子类的实例
- 该类的类加载器被回收
- 该类的Class对象没有任何地方引用,无法通过反射访问该对象
满足上述条件后,才可以允许该类被回收,但是并不一定回收.
jvm参数: -Xnoclassgc控制是否回收类
jvm参数: -verbose:class -XX:+TraceClass-Loading -XX:TraceClassUnloading可以查看类的加载和卸载信息.
总结:
方法区的回收主要针对常量,对于类的回收条件比较苛刻,一般情况下不会回收类信息,特殊情况下如果使用大量的动态生成,反射的情况下,需要考虑类的回收.
