JVM 运行时内存空间详解——方法区

待我称王封你为后i 2022-09-09 14:41 250阅读 0赞

通过上一篇文章，我们大体了解了[JVM的整体架构][JVM]，其分为：元数据（JDK7是**方法区**）**、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器**几个部分。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

本篇文章，咱们对**方法区**进行剖析，一探究竟。

## 1. 方法区的理解 ##

方法区（Method Area） 与Java堆一样， 是各个线程共享的内存区域， 它用于存储已被虚拟机加载 的**类型信息、常量、 静态变量**、 即时编译器编译后的**代码缓存**等数据。  
【oracle官方文档】[The Structure of the Java Virtual Machine][]

> 《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”。对HotSpot而言，方法区还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），的就是要和堆分开。

**元空间、永久代是方法区具体的落地实现。方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间，它主要是用来存储所加载的类信息的.**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
**创建对象各数据区域的声明：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]  
**方法区的特点:**

*  方法区与堆一样是各个**线程共享**的内存区域
 *  方法区在JVM启动的时候就会被创建并且它实例的物理内存空间和Java堆一样都**可以不连续**
 *  方法区的大小跟堆空间一样 可以选择**固定大小或者动态变化**
 *  方法区的对象决定了系统可以**保存多少个类**,如果系统定义了太多的类导致方法区溢出,虚拟机同样会跑出(OOM)异常(Java7之前是 PermGen Space (永久带) Java 8之后是MetaSpace(元空间) )
 *  **关闭JVM**就会**释放**这个区域的内存

## 2. 方法区的结构 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]  
**类加载器将Class文件加载到内存之后，将类的信息存储到方法区中。**  
**方法区中存储的内容：**  
类型信息（域信息、方法信息）  
运行时常量池  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
**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. Object，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

**域信息**  
域信息，即为**类的属性**，成员变量  
JVM必须在方法区中保存类所有的成员变量相关信息及声明顺序。  
域的相关信息包括：域名称、域类型、域修饰符（pυblic、private、protected、static、final、volatile、transient 的某个子集）

**方法信息**  
JVM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：

1.  方法名称方法的返回类型（或void） 2. 方法参数的数量和类型（按顺序）
2.  方法的修饰符public、private、protected、static、final、synchronized、native,、abstract的一个子集
3.  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）
4.  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

**示例代码**

package com.zwt;
    
    import java.io.Serializable;
    
    public class MethodAreaTest extends Object implements Serializable { 
    
        private static String name = "hello java";
    
        public MethodAreaTest(String name) { 
            this.name = name;
        }
    
        public static void main(String[] args) { 
            int x = 100;
            int y = 100;
            int result = testSum(x, y);
            System.out.println(result);
        }
    
        public static int testSum(int x , int y){ 
            return  x + y;
        }
    }

1.在字节码文件打开控制台  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_18_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
2.在控制台执行如下命令, 将MethodAreaTest,将方法区的信息写到test.txt文件中. ps: 不加管道符">" 则将信息写到控制台.

javap -v MethodAreaTest > test.txt

3.生成了1个test.txt文件  
![在这里插入图片描述][739fa23197e04690be6efca79fd42015.png]  
4.点开可查看相关的方法区信息:  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]

## 2. 设置方法区的大小 ##

**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。**

**(1) 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:PermGen space。

**查看JDK PermSpace区域默认大小**

> jps \#是java提供的一个显示当前所有java进程pid的命令  
>  jinfo -flag PermSize 进程号  \#查看进程的PermSize初始化空间大小  
> jinfo -flag MaxPermSize 进程号  \#查看PermSize最大空间

**(2) JDK8以后**

*  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很多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到FullGC  
    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。

> jps \#查看进程号  
>  jinfo -flag MetaspaceSize 进程号  \#查看Metaspace 最大分配内存空间  
> jinfo -flag MaxMetaspaceSize 进程号  \#查看Metaspace最大空间

**示例代码**

public class HelloWorld { 
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    
            System.out.println("Hello World");
    
            Thread.sleep(2000000);
        }
    }

运行程序,打开终端,执行jps命令  
![在这里插入图片描述][79ee4022c1f84615b6c268ab47e09206.png]  
可以看到正在运行的 HelloWorld进程号是7088  
![在这里插入图片描述][b6a5bbde126e4ee58250d6b40c994395.png]  
再执行"jinfo -flag MetaspaceSize 7088"命令,查看本进程的元空间大小(jdk8的情况)  
![在这里插入图片描述][9281087f6d2b41fa970b0716718c2197.png]  
得到默认情况下的元空间大小是: 21807104, 约等于21m.  
重新设置元空间大小, 最小100m,最大500m  
![在这里插入图片描述][0ee05286ce644d76ad067d6a03b8da0e.png]

\-XX:MetaspaceSize=100m -XX:MaxMetaspaceSize=500m![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]  
再次执行命令查看大小,元空间大小已经改变  
![在这里插入图片描述][3abc4c3218e34dd484b0654376de2c44.png]  
最小的空间变成104857600, 104857600/1024/1024=100m  
同理,也可以通过命令查看最大元空间 jinfo -flag MaxMetaspaceSize 进程号.  
如果是jdk1.7, 也可以查看永久代.

[JVM]: https://blog.csdn.net/u012660464/article/details/118712904
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/99485b2dd1c24ef4a48ff7748de105b7.png
[The Structure of the Java Virtual Machine]: https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5.4
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qC85a2Q6KGrMTEx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220829/c5cffdd2f3f143729824ed53347fb5b6.png
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