JVM - 方法区
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发布于 2025-11-21 22:39
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1 前言

这次所讲述的是运行时数据区的最后一个部分

JVM - 方法区

从线程共享与否的角度来看

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ThreadLocal:如何保证多个线程在并发环境下的安全性?典型应用就是数据库连接管理,以及会话管理

2 栈、堆、方法区的交互关系

下面就涉及了对象的访问定位

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3 方法区的理解

《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垃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。

方法区主要存放的是 Class,而堆中主要存放的是 实例化的对象

3.1 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:BEAJRockit / IBM J9 中不存在永久代的概念。

目前来看,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)由于:(永久代有-XX:MaxPermSize的上限,即使不设置也有默认大小,而J9和JRockit只要 没有触碰到进程可用内存的上限,例如32位系统中的4GB限制,就不会出问题),而且有极少数方法 (例如String::intern())会因永久代的缘由而导致不同虚拟机下有不同的表现。

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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)来取代

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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。

4 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。

4.1 jdk7及以前

4.2 JDK8后来

元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize指定

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,FullGC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许多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到Ful1GC多次调用。为了避免频繁地GC,提议将-XX:MetaspaceSize设置为一个相对较高的值。

4.3 如何解决这些OOM


5 方法区的演进细节

第一明确:只有Hotspot才有永久代。BEA JRockit、IBMJ9等来说,是不存在永久代的概念的。原则上如何实现方法区属于虚拟机实现细节,不受《Java虚拟机规范》管束,并不要求统一

Hotspot中方法区的变化:

JDK1.6及以前

有永久代,静态变量存储在永久代上

JDK6的时候

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JDK7的时候

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JDK8的时候,元空间大小只受物理内存影响

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5.1 为什么永久代要被元空间替代?

JRockit是和HotSpot融合后的结果,由于JRockit没有永久代,所以他们不需要配置永久代

随着Java8的到来,HotSpot VM中再也见不到永久代了。但是这并不意味着类的元数据信息也消失了。这些数据被移到了一个与堆不相连的本地内存区域,这个区域叫做元空间(Metaspace)。

由于类的元数据分配在本地内存中,元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间,这项改动是很有必要的,缘由有:

在某些场景下,如果动态加载类过多,容易产生Perm区的oom。列如某个实际Web工 程中,由于功能点比较多,在运行过程中,要不断动态加载许多类,常常出现致命错误。

“Exception in thread‘dubbo client x.x connector'java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space”

而元空间和永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。 因此,默认情况下,元空间的大小仅受本地内存限制。

5.2 StringTable为什么要调整位置

jdk7中将StringTable放到了堆空间中。由于永久代的回收效率很低,在full gc的时候才会触发。而fullgc是老年代的空间不足、永久代不足时才会触发。这就导致stringTable回收效率不高。而我们开发中会有大量的字符串被创建,回收效率低,导致永久代内存不足。放到堆里,能及时回收内存。

5.3 静态变量存放在那里?

静态引用对应的对象实体始终都存在堆空间

从《Java虚拟机规范》所定义的概念模型来看,所有Class相关的信息都应该存放在方法区之中,但方法区该如何实现,《Java虚拟机规范》并未做出规定,这就成了一件允许不同虚拟机自己灵活把握的事情。JDK7及其后来版本的HotSpot虚拟机选择把静态变量与类型在Java语言一端的映射class对象存放在一起,存储于Java堆之中。

6 方法区的垃圾回收

有些人认为方法区(如Hotspot虚拟机中的元空间或者永久代)是没有垃圾收集行为的,实则不然。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是超级宽松的,提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。实际上也的确 有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在(如JDK11时期的zGC收集器就不支持类卸载)。

一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻。但是这部分区域的回收有时又的确 是必要的。以前sun公司的Bug列表中,曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。

方法区的垃圾收集主要回收两部分内容:常量池中废弃的常量和不再使用的类型。

先来说说方法区内常量池之中主要存放的两大类常量:字面量和符号引用。字面量比较接近Java语言层次的常量概念,如文本字符串、被声明为final的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念,包括下面三类常量:

HotSpot虚拟机对常量池的回收策略是很明确的,只要常量池中的常量没有被任何地方引用,就可以被回收。

回收废弃常量与回收Java堆中的对象超级类似。(关于常量的回收比较简单,重点是类的回收)

判定一个常量是否“废弃”还是相对简单,而要判定一个类型是否属于“不再被使用的类”的条件就比较苛刻了。需要同时满足下面三个条件:

7 总结

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7.1 常见面试题

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