对于JVM内存模型的理解（对比jdk1.7与1.8）

港控/mmm° 2021-10-13 22:20 835阅读 0赞

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNTM0NDQx_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
类的元数据信息转移到Metaspace的原因是PermGen很难调整。PermGen中类的元数据信息在每次FullGC的时候可能会被收集，但成绩很难令人满意。而且应该为PermGen分配多大的空间很难确定，因为PermSize的大小依赖于很多因素，比如JVM加载的class的总数，常量池的大小，方法的大小等。

此外，在HotSpot中的每个垃圾收集器需要专门的代码来处理存储在PermGen中的类的元数据信息。从PermGen分离类的元数据信息到Metaspace,由于Metaspace的分配具有和Java Heap相同的地址空间，因此Metaspace和Java Heap可以无缝的管理，而且简化了FullGC的过程，以至将来可以并行的对元数据信息进行垃圾收集，而没有GC暂停。

### JDK1.7内存模型 ###

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对于这五个区域我大概做一个大概介绍，详细情况可以查阅其他资料或者文章

**程序计数器**：线程私有，可以看做当前程序执行的行号指令器。

**Java虚拟机栈**：线程私有，生命周期与线程相同，虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法在执行时会形成一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，一个方法从调用到执行完毕，就是一个栈帧从进栈到出栈的过程，下图是虚拟机栈的结构模型，图片来源和详细解释：[https://www.cnblogs.com/aflyun/p/10575740.html][https_www.cnblogs.com_aflyun_p_10575740.html]

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**本地方法栈**：线程私有，作用于Java虚拟机栈类似，只不过Java虚拟机栈执行Java方法，而本地方法栈运行本地的Native方法。

**堆**：Java虚拟机管理的最大的一块内存区域，Java堆是线程共享的，用于存放对象实例。也就是说对象的出生和回收都是在这个区域进行的。**堆分为初生代（Young Gen）和老年代（Tenured Gen），比例默认为1:2，而初生代又分为Eden和From和To三个区域，比例默认为8:1:1**

**方法区**：线程共享，用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，这里要说一下**方法区和永久代到底是什么关系，**永久代是HotSpot虚拟机对于方法区的实现，方法区的实现是不受虚拟机规范约束的，这里只是HotSpot虚拟机团队是这样实现的。

**运行时常量池**：在JDK1.7中，是运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字符变量和符号引用。其实除了运行时常量池，还有字符串常量池，class常量池，具体的介绍和区别请看这篇文章：[Java中的常量池(字符串常量池、class常量池和运行时常量池)][Java_class]

以上就是JDK1.7的虚拟机内存模型。

### JDK1.8内存模型 ###

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JDK1.8与1.7最大的区别是**1.8将永久代取消，取而代之的是元空间**，既然方法区是由永久代实现的，取消了永久代，那么方法区由谁来实现呢，**在1.8中方法区是由元空间来实现**，所以原来属于方法区的运行时常量池就属于元空间了。元空间属于本地内存，所以元空间的大小仅受本地内存限制，但是可以通过-XX:MaxMetaspaceSize进行增长上限的最大值设置，默认值为4G，元空间的初始空间大小可以通过-XX:MetaspaceSize进行设置，默认值为20.8M，还有一些其他参数可以进行设置，元空间大小会自动进行调整，详细请看这篇文章：[jdk8 Metaspace 调优][jdk8 Metaspace]

这里要说明一下，要区分字符串常量池和运行时常量池，这里引用这篇文章[JDK1.8关于运行时常量池, 字符串常量池的要点][JDK1.8_]所提到的：

*  ** 在JDK1.7之前****运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区,** 此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代
 *  **在JDK1.7** **字符串常量池被从方法区拿到了堆中**, 这里没有提到运行时常量池,也就是说字符串常量池被单独拿到堆,运行时常量池剩下的东西还在方法区, 也就是hotspot中的永久代
 *  **在JDK1.8** hotspot移除了永久代用元空间(Metaspace)取而代之, 这时候**字符串常量池还在堆**, 运行时常量池还在方法区, **只不过方法区的实现从永久代变成了元空间(Metaspace) **

从jdk开始，就开始了永久代的转移工作，将譬如符号引用(Symbols)转移到了native heap；字面量(interned strings)转移到了java heap；类的静态变量(class statics)转移到了java heap。但是永久在还存在于JDK7中，直到JDK8，永久代才完全消失，转而使用元空间。而元空间是直接存在内存中，不在java虚拟机中的，因此元空间依赖于内存大小。当然你也可以自定义元空间大小。

为什么叫元空间，是因为这里面存储的是类的元数据信息

元数据（Meta Date），关于数据的数据或者叫做用来描述数据的数据或者叫做信息的信息。  
       这些定义都很是抽象，我们可以把元数据简单的理解成，最小的数据单位。元数据可以为数据说明其元素或属性（名称、大小、数据类型、等），或其结构（长度、字段、数据列），或其相关数据（位于何处、如何联系、拥有者）

**为什么这么做呢？**

类的元数据, 字符串池, 类的静态变量将会从永久代移除, 放入[Java ][Java]heap或者native memory. 其中建议JVM的实现中将类的元数据放入 native memory, 将字符串池和类的静态变量放入[Java][Java 1]堆中. 这样可以加载多少类的元数据就不在由MaxPermSize控制, 而由系统的实际可用空间来控制.

为什么这么做呢? 减少OOM只是表因, 更深层的原因还是要合并HotSpot和JRockit的代码, JRockit从来没有一个叫永久代的东西, 但是运行良好, 也不需要开发运维人员设置这么一个永久代的大小.

5、方法区：

方法区也是所有线程共享。主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”。 关于方法区内存溢出的问题会在下文中详细探讨。

二、PermGen（永久代）

绝大部分 Java 程序员应该都见过 "java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space "这个异常。这里的 “PermGen space”其实指的就是方法区。不过方法区和“PermGen space”又有着本质的区别。前者是 JVM 的规范，而后者则是 JVM 规范的一种实现，并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 并没有“PermGen space”。由于方法区主要存储类的相关信息，所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。最典型的场景就是，在 jsp 页面比较多的情况，容易出现永久代内存溢出。我们现在通过动态生成类来模拟 “PermGen space”的内存溢出：

本例中使用的 JDK 版本是 1.7，指定的 PermGen 区的大小为 8M。通过每次生成不同URLClassLoader对象来加载Test类，从而生成不同的类对象，这样就能看到我们熟悉的 "java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space " 异常了。这里之所以采用 JDK 1.7，是因为在 JDK 1.8 中， HotSpot 已经没有 “PermGen space”这个区间了，取而代之是一个叫做 Metaspace（元空间） 的东西。下面我们就来看看 Metaspace 与 PermGen space 的区别。

三、Metaspace（元空间）

其实，移除永久代的工作从JDK1.7就开始了。JDK1.7中，存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中，并没完全移除，譬如符号引用(Symbols)转移到了native heap；字面量(interned strings)转移到了java heap；类的静态变量(class statics)转移到了java heap。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNTM0NDQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]　　  
从输出结果，我们可以看出，这次不再出现永久代溢出，而是出现了元空间的溢出。

四、总结

通过上面分析，大家应该大致了解了 JVM 的内存划分，也清楚了 JDK 8 中永久代向元空间的转换。不过大家应该都有一个疑问，就是为什么要做这个转换？所以，最后给大家总结以下几点原因：

1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。

2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。

3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

4、Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一。

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[Java_class]: https://blog.csdn.net/zm13007310400/article/details/77534349
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[jdk8 Metaspace]: https://blog.csdn.net/bolg_hero/article/details/78189621
[JDK1.8_]: https://blog.csdn.net/q5706503/article/details/84640762
[Java]: http://lib.csdn.net/base/java
[Java 1]: http://lib.csdn.net/base/javase
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