- 栈、堆、方法区的交互关系
- 方法区的理解
- 设置方法区大小与 OOM
- 方法区的内部结构
- }
- 方法区的使用举例
- 1 = Methodref #5.#24 // java/lang/Object.”
“:()V - 2 = Fieldref #25.#26 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
- 3 = Methodref #27.#28 // java/io/PrintStream.println:(I)V
- 4 = Class #29 // com/atguigu/java1/MethodAreaDemo
- 5 = Class #30 // java/lang/Object
- 6 = Utf8
- 7 = Utf8 ()V
- 8 = Utf8 Code
- 9 = Utf8 LineNumberTable
- 10 = Utf8 LocalVariableTable
- 11 = Utf8 this
- 12 = Utf8 Lcom/atguigu/java1/MethodAreaDemo;
- 13 = Utf8 main
- 14 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
- 15 = Utf8 args
- 16 = Utf8 [Ljava/lang/String;
- 17 = Utf8 x
- 18 = Utf8 I
- 19 = Utf8 y
- 20 = Utf8 a
- 21 = Utf8 b
- 22 = Utf8 SourceFile
- 23 = Utf8 MethodAreaDemo.java
- 24 = NameAndType #6:#7 // “
“:()V - 25 = Class #31 // java/lang/System
- 26 = NameAndType #32:#33 // out:Ljava/io/PrintStream;
- 27 = Class #34 // java/io/PrintStream
- 28 = NameAndType #35:#36 // println:(I)V
- 29 = Utf8 com/atguigu/java1/MethodAreaDemo
- 30 = Utf8 java/lang/Object
- 31 = Utf8 java/lang/System
- 32 = Utf8 out
- 33 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
- 34 = Utf8 java/io/PrintStream
- 35 = Utf8 println
- 36 = Utf8 (I)V
- 方法区的垃圾回收
- 运行时数据区总结
- 常见面试题
栈、堆、方法区的交互关系
三者之间相互配合
1、从线程共享与否的角度来看
线程共享：堆和元空间都是线程共享的
线程私有：程序计数器不会报异常也没有GC，虚拟机栈和本地方法栈会出现异常但是没有GC
如何保证多个线程在并发环境下的安全性？
使用ThreadLocal，使线程共享转换到线程私有。典型场景就是数据库连接管理，以及会话管理。
2、从栈、堆、方法区的交互关系来看
下面涉及了对象的访问定位
- Person 类的 .class 信息存放在方法区中
- person 变量存放在 Java 栈的局部变量表中
- 真正的 person 对象存放在 Java 堆中
- 在 person 对象中，有个指针指向方法区中的 person 类型数据，表明这个 person 对象是用方法区中的 Person 类 new 出来的
注：1、reference相当于person变量（引用），指向堆空间的对象实例数据；
2、这个对象类型数据就是（new Person（））的结果
3、对象类型数据中还存在“到对象类型数据的指针”，此指针的作用是指明此对象是哪个类new出来的，这个对象数据类型存放在方法区
方法区的理解
官方文档：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5.4
方法区在哪里？
- 《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，方法区可以看作是一块独立于Java堆的内存空间。
从内存分配角度看：方法区独立于堆，如下图
方法区的基本理解
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
- 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。多个线程同时加载统一个类时，只能有一个线程能加载该类，其他线程只能等等待该线程加载完毕，然后直接使用该类，即类只能加载一次，也只需加载一次。
- 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（JDK8之后）
- 加载大量的第三方的jar包
- Tomcat部署的工程过多（30~50个）
- 大量动态的生成反射类
- 关闭JVM就会释放这个区域的内存。
代码举例
public class MethodAreaDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("start...");try {Thread.sleep(1000000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("end...");}}
由下图可见，上面简单的程序，已经加载了1600多个类
HotSpot虚拟机中方法区演进
- 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。我们可以将方法区类比为Java中的接口，将永久代或元空间类比为Java中具体的实现类
- 本质上，方法区和永久代并不等价。仅是对Hotspot而言的可以看作等价。《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。
- 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。方法区大小以字节存储
JDK7及以前(永久代)
- 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。
JDK8及以后(元空间)
查看当前元空间大小：
JDK8 版本设置元空间大小
- 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 约为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（水位线）。如果释放空间过多，则适当降低该值。
- 调整水位线是为了避免过多的调整，也就是过多的Full GC.Full GC过多导致STW，影响效率
- 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。
方法区OOM
举例：
代码：OOMTest 类继承 ClassLoader 类，获得 defineClass() 方法，可自己进行类的加载
/**
* jdk6/7中：
* -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
*
* jdk8中：
* -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
*
*/
import com.sun.xml.internal.ws.org.objectweb.asm.ClassWriter;
import jdk.internal.org.objectweb.asm.Opcodes;
public class OOMTest extends ClassLoader {
public static void main(String[] args) {
int j = 0;
try {
OOMTest test = new OOMTest();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
//了解
//创建ClassWriter对象，用于生成类的二进制字节码,创建自定义类
ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);
//指明版本号，修饰符，类名，包名，父类，接口
classWriter.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
//返回byte[]
byte[] code = classWriter.toByteArray();
//类的加载
test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length);//Class对象
j++;
}
} finally {
System.out.println(j);
}
}
private void defineClass(String s, byte[] code, int i, int length) {
}
}
测试1 ：不设置元空间的上限
使用默认的 JVM 参数，元空间不设置上限
输出结果:10000
测试2 ：设置元空间的上限
JVM 参数 ：-XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
输出结果：
8531 //只存放了8531个类信息
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at com.atguigu.java.OOMTest.main(OOMTest.java:29)
如何解决OOM
这个属于调优的问题，这里先简单的说一下
- 要解决OOM异常或heap space的异常，一般的手段是首先通过内存映像分析工具（如Ec1ipse Memory Analyzer，Jvisual VM）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）
- dump文件：程序执行过程中各个部分内存使用情况的快照
- 内存泄漏就是有大量的引用指向某些对象，但是这些对象以后不会使用了，但是因为它们还和GC ROOT有关联，所以导致以后这些对象也不会被回收，这就是内存泄漏的问题
- 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。进行处理。
- 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，那一方面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，从另一方面在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
方法区存储什么？
流程简述
类的加载器把.class字节码加载到运行时数据区，然后对字节码文件中的数据在运行时数据区中会有分配；类信息本身会存放在方法区中，也会记录这个类是被谁加载的（加载器的类型）。在字节码文件执行时会涉及到new对象，会存放在堆中；执行过程中方法的调用会涉及到虚拟机栈，每个方法对应一个栈帧，有相对应的进栈出栈；程序计数器记录每个线程中代码执行到的行数，在PC寄存器中记录。
《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。
注：域信息和方法信息可以看成是涵盖在类型信息当中
1、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：
- 这个类型的完整有效名称（全名=包名.类名）
- 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）
- 这个类型的修饰符（public，abstract，final的某个子集）
-
2、域（Field）信息
也就是我们常说的（成员变量，属性），域信息是比较官方的称呼
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）
3、方法（Method）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：
方法名称
- 方法的返回类型（包括 void 返回类型），void 在 Java 中对应的为 void.class
- 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），异常表记录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
代码举例
```java **
测试方法区的内部构成 */ public class MethodInnerStrucTest extends Object implements Comparable
,Serializable { //属性 public int num = 10; private static String str = “测试方法的内部结构”; //构造器 //方法 public void test1(){ int count = 20; System.out.println(“count = “ + count); } public static int test2(int cal){ int result = 0; try { int value = 30; result = value / cal;} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();} return result; }
@Override public int compareTo(String o) { return 0; } }
操作指令： javap -v -p MethodInnerStrucTest.class > test.txt
- 反编译字节码文件，并输出值文本文件中，便于查看。参数 -p 确保能查看 private 权限类型的字段或方法
字节码：
```java
Classfile /F:/IDEAWorkSpaceSourceCode/JVMDemo/out/production/chapter09/com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.class
Last modified 2020-11-13; size 1626 bytes
MD5 checksum 0d0fcb54854d4ce183063df985141ad0
Compiled from "MethodInnerStrucTest.java"
//--------------------类型信息----------------------------------
//在运行时方法区中，类信息中记录了哪个加载器加载了该类，同时类加载器也记录了它加载了哪些类
public class com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest extends java.lang.Object implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable
//---------------------------------------------------------------
minor version: 0
major version: 52
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
#1 = Methodref #18.#52 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #17.#53 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.num:I
#3 = Fieldref #54.#55 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#4 = Class #56 // java/lang/StringBuilder
#5 = Methodref #4.#52 // java/lang/StringBuilder."<init>":()V
#6 = String #57 // count =
#7 = Methodref #4.#58 // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#8 = Methodref #4.#59 // java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
#9 = Methodref #4.#60 // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
#10 = Methodref #61.#62 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
#11 = Class #63 // java/lang/Exception
#12 = Methodref #11.#64 // java/lang/Exception.printStackTrace:()V
#13 = Class #65 // java/lang/String
#14 = Methodref #17.#66 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.compareTo:(Ljava/lang/String;)I
#15 = String #67 // 测试方法的内部结构
#16 = Fieldref #17.#68 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.str:Ljava/lang/String;
#17 = Class #69 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest
#18 = Class #70 // java/lang/Object
#19 = Class #71 // java/lang/Comparable
#20 = Class #72 // java/io/Serializable
#21 = Utf8 num
#22 = Utf8 I
#23 = Utf8 str
#24 = Utf8 Ljava/lang/String;
#25 = Utf8 <init>
#26 = Utf8 ()V
#27 = Utf8 Code
#28 = Utf8 LineNumberTable
#29 = Utf8 LocalVariableTable
#30 = Utf8 this
#31 = Utf8 Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
#32 = Utf8 test1
#33 = Utf8 count
#34 = Utf8 test2
#35 = Utf8 (I)I
#36 = Utf8 value
#37 = Utf8 e
#38 = Utf8 Ljava/lang/Exception;
#39 = Utf8 cal
#40 = Utf8 result
#41 = Utf8 StackMapTable
#42 = Class #63 // java/lang/Exception
#43 = Utf8 compareTo
#44 = Utf8 (Ljava/lang/String;)I
#45 = Utf8 o
#46 = Utf8 (Ljava/lang/Object;)I
#47 = Utf8 <clinit>
#48 = Utf8 Signature
#49 = Utf8 Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable<Ljava/lang/String;>;Ljava/io/Serializable;
#50 = Utf8 SourceFile
#51 = Utf8 MethodInnerStrucTest.java
#52 = NameAndType #25:#26 // "<init>":()V
#53 = NameAndType #21:#22 // num:I
#54 = Class #73 // java/lang/System
#55 = NameAndType #74:#75 // out:Ljava/io/PrintStream;
#56 = Utf8 java/lang/StringBuilder
#57 = Utf8 count =
#58 = NameAndType #76:#77 // append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#59 = NameAndType #76:#78 // append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
#60 = NameAndType #79:#80 // toString:()Ljava/lang/String;
#61 = Class #81 // java/io/PrintStream
#62 = NameAndType #82:#83 // println:(Ljava/lang/String;)V
#63 = Utf8 java/lang/Exception
#64 = NameAndType #84:#26 // printStackTrace:()V
#65 = Utf8 java/lang/String
#66 = NameAndType #43:#44 // compareTo:(Ljava/lang/String;)I
#67 = Utf8 测试方法的内部结构
#68 = NameAndType #23:#24 // str:Ljava/lang/String;
#69 = Utf8 com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest
#70 = Utf8 java/lang/Object
#71 = Utf8 java/lang/Comparable
#72 = Utf8 java/io/Serializable
#73 = Utf8 java/lang/System
#74 = Utf8 out
#75 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
#76 = Utf8 append
#77 = Utf8 (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#78 = Utf8 (I)Ljava/lang/StringBuilder;
#79 = Utf8 toString
#80 = Utf8 ()Ljava/lang/String;
#81 = Utf8 java/io/PrintStream
#82 = Utf8 println
#83 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
#84 = Utf8 printStackTrace
{
//-------------------------域信息--------------------------
//descriptor: I 表示字段类型为 Integer
//flags: ACC_PUBLIC 表示字段权限修饰符为 public
public int num;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC
private static java.lang.String str;
descriptor: Ljava/lang/String;
flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC
//-------------------------方法信息-------------------------
//descriptor: ()V 表示方法返回值类型为 void
//flags: ACC_PUBLIC 表示方法权限修饰符为 public
//stack=3 表示操作数栈深度为 3
//locals=2 表示局部变量个数为 2 个（实力方法包含 this）
//test1() 方法虽然没有参数，但是其 args_size=1 ，这时因为将 this 作为了参数
public com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest(); “init()方法”
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: bipush 10
7: putfield #2 // Field num:I
10: return
LineNumberTable:
line 10: 0
line 12: 4
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 11 0 this Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
public void test1();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3（操作数栈的深度）, locals=2（局部变量表的长度）, args_size=1 （this对象）
0: bipush 20
2: istore_1
3: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
6: new #4 // class java/lang/StringBuilder
9: dup
10: invokespecial #5 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
13: ldc #6 // String count =
15: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
18: iload_1
19: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
22: invokevirtual #9 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
25: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
28: return
LineNumberTable:
line 17: 0
line 18: 3
line 19: 28
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 29 0 this Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
3 26 1 count I
public static int test2(int);
descriptor: (I)I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=1
0: iconst_0
1: istore_1
2: bipush 30
4: istore_2
5: iload_2
6: iload_0
7: idiv
8: istore_1
9: goto 17
12: astore_2
13: aload_2
14: invokevirtual #12 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
17: iload_1
18: ireturn
//-----------------------异常表-------------------------
Exception table:
from to target type
2 9 12 Class java/lang/Exception
//-----------------------------------------------------------------------
LineNumberTable:
line 21: 0
line 23: 2
line 24: 5
line 27: 9
line 25: 12
line 26: 13
line 28: 17
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
5 4 2 value I
13 4 2 e Ljava/lang/Exception;
0 19 0 cal I
2 17 1 result I
StackMapTable: number_of_entries = 2
frame_type = 255 /* full_frame */
offset_delta = 12
locals = [ int, int ]
stack = [ class java/lang/Exception ]
frame_type = 4 /* same */
...
//省略部分字节码
...
descriptor: ()V
flags: ACC_STATIC
Code:
stack=1, locals=0, args_size=0
0: ldc #15 // String 测试方法的内部结构
2: putstatic #16 // Field str:Ljava/lang/String;
5: return
LineNumberTable:
line 13: 0
}
Signature: #49 // Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable<Ljava/lang/String;>;Ljava/io/Serializable;
SourceFile: "MethodInnerStrucTest.java"
non-final 类型的类变量
即不加final的static变量
- 静态变量和类关联在一起，随着类的加载而加载，他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
举例
- 如下代码所示，即使我们把order设置为null，也不会出现空指针异常，order作为一个引用并没有指向具体的对象实体，但是不妨碍调用静态变量count和静态方法hell（）.
- 这更加表明了 static 类型的字段和方法随着类的加载而加载，并不属于特定的类实例
```java
public class MethodAreaTest {
public static void main(String[] args) {
} }Order order = null; order.hello(); System.out.println(order.count);
class Order { public static int count = 1; public static final int number = 2;
public static void hello() {
System.out.println("hello!");
}
}
//输出结果：并不会报空指针异常 hello! 1
<a name="mpx61"></a>
#### static final 类变量
即加上final的static变量，又称全局常量
1. 全局常量就是使用 static final 进行修饰
1. 被声明为final的类变量的处理方法则不同，**每个全局常量的值在编译的时候就会被分配了。**
```java
class Order {
public static int count = 1;
public static final int number = 2;
...
}
//上述代码对应的字节码：
public static int count;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
//不加final的静态变量则在prepare阶段赋值为0，initialization阶段赋值为1
public static final int number;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL
ConstantValue: int 2
//被声明为final的类变量的处理方法则不同，每个全局常量的值在编译的时候就会被分配了。
//staitc和final同时修饰的number 的值在编译上的时候已经写死在字节码文件中了。
运行时常量池
运行时常量池 VS 常量池
官方文档：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html
后面会细讲常量池，这里为了讲清楚方法区，简单带一下。
- 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。（之前的字节码文件中已经看到了很多Constant pool的东西，这个就是常量池）
- 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区。
- 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。把ClassFile中的常量池加载到方法区中就形成了运行时常量池。
常量池
- 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符信息外。还包含一项信息就是常量池表（Constant Pool Table），其中包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。
- 字面量： 10 ， “我是某某”这种数字和字符串都是字面量
ClassFile结构：
为什么需要常量池？
- 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
如下的代码：
public class SimpleClass {
public void sayHello() {
System.out.println("hello");
}
}
//虽然上述代码只有194字节，但是里面却使用了String、System、PrintStream及Object等结构。
//假设这个文件中有6个地方用到了”hello”这个字符串，如果不用常量池，就需要在6个地方全写一遍，造成臃肿。我们可以将”hello”等所需用到的结构信息记录在常量池中，并通过引用的方式，来加载、调用所需的结构。起到复用的效果。
//这里的代码量其实很少了，如果代码多的话，引用的结构将会更多，这里就需要用到常量池了。
常量池中有啥？
- 数量值
- 字符串值
- 类引用
- 字段引用
- 方法引用
比喻：常量池好比做菜的原材料，供给不同的菜使用，从这些原材料中挑选，挑选之后做成菜品。这一道一道菜就好比方法
//以下是MethodInnerStrucTest 的 test1方法的字节码
//#X：X是对应数字，字节码中此写法对应常量池中的信息，常量池中的信息就是符号引用
//#3，#5等等这些带# 的，都是引用了常量池
0 bipush 20
2 istore_1
3 getstatic #3 <java/lang/System.out>
6 new #4 <java/lang/StringBuilder>
9 dup
10 invokespecial #5 <java/lang/StringBuilder.<init>>
13 ldc #6 <count = >
15 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
18 iload_1
19 invokevirtual #8 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 invokevirtual #10 <java/io/PrintStream.println>
28 return
常量池总结
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字节码文件的一部分，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。（运行时常量池就是常量池在程序运行时的称呼）
- 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，包括编译期就已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。
- 运行时常量池，相对于Class文件常量池的另一重要特征是：具备动态性。动态性的解释：比如String.intern（）中的String并不存在常量池中，那么运行时常量池会把此类加载进来，这个特性就是其动态性，也就让运行时常量池比常量池更丰富
- 运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表（symbol table），但是它所包含的数据却比符号表要更加丰富一些。
当创建类或接口的运行时常量池时，如果构造运行时常量池所需的内存空间超过了方法区所能提供的最大值，则JVM会抛OutofMemoryError异常。
方法区的使用举例
示例代码：
public class MethodAreaDemo { public static void main(String[] args) { int x = 500; int y = 100; int a = x / y; int b = 50; System.out.println(a + b); } }对应字节码： ```java public class com.atguigu.java1.MethodAreaDemo minor version: 0 major version: 51 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool:
1 = Methodref #5.#24 // java/lang/Object.”
“:()V 2 = Fieldref #25.#26 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3 = Methodref #27.#28 // java/io/PrintStream.println:(I)V
4 = Class #29 // com/atguigu/java1/MethodAreaDemo
5 = Class #30 // java/lang/Object
6 = Utf8
7 = Utf8 ()V
8 = Utf8 Code
9 = Utf8 LineNumberTable
10 = Utf8 LocalVariableTable
11 = Utf8 this
12 = Utf8 Lcom/atguigu/java1/MethodAreaDemo;
13 = Utf8 main
14 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
15 = Utf8 args
16 = Utf8 [Ljava/lang/String;
17 = Utf8 x
18 = Utf8 I
19 = Utf8 y
20 = Utf8 a
21 = Utf8 b
22 = Utf8 SourceFile
23 = Utf8 MethodAreaDemo.java
24 = NameAndType #6:#7 // “
“:()V 25 = Class #31 // java/lang/System
26 = NameAndType #32:#33 // out:Ljava/io/PrintStream;
27 = Class #34 // java/io/PrintStream
28 = NameAndType #35:#36 // println:(I)V
29 = Utf8 com/atguigu/java1/MethodAreaDemo
30 = Utf8 java/lang/Object
31 = Utf8 java/lang/System
32 = Utf8 out
33 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
34 = Utf8 java/io/PrintStream
35 = Utf8 println
36 = Utf8 (I)V
{ public com.atguigu.java1.MethodAreaDemo(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: returnLineNumberTable:
line 7: 0LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lcom/atguigu/java1/MethodAreaDemo;public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=3, locals=5, args_size=1
0: sipush 500 3: istore_1 4: bipush 100 6: istore_2 7: iload_1 8: iload_2 9: idiv 10: istore_3 11: bipush 50 13: istore 4 15: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 18: iload_3 19: iload 4 21: iadd 22: invokevirtual #3 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 25: returnLineNumberTable:
line 9: 0 line 10: 4 line 11: 7 line 12: 11 line 13: 15 line 14: 25LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature 0 26 0 args [Ljava/lang/String; 4 22 1 x I 7 19 2 y I 11 15 3 a I 15 11 4 b I} SourceFile: “MethodAreaDemo.java”
<a name="RlhYi"></a>
#### 图解字节码指令执行流程
注：取指令完成后，程序计数器立即+1；下面图中显示的是线程当前执行位置，并非程序计数器数值<br />1、初始状态<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0012.png)2、首先将操作数500压入操作数栈中<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0013.png)3、然后操作数 500 从操作数栈中取出，存储到局部变量表中索引为 1 的位置<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0014.png)4、把100压入操作数栈中<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0015.png)5、把100出操作数栈，存入局部变量表<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0016.png)6、取出500到操作数栈<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0017.png)7、取出100到操作数栈；<br />注：局部变量表是数组，且此大小在编译时就确定；操作数栈时先进后出<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0018.png)8、做除法运算，会取出操作数栈中的数做运算，把结果放入操作数栈中<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0019.png)9、istore_3把操作数栈中的5存入局部变量表，bipush_50把50压入操作数栈<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0020.png)10、把操作数栈中的50存入局部变量表<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0021.png)11、图片写错了，不是#15，#16,而是#25和#26（获得System类）<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0022.png)12、取局部变量表序号3位置数值到操作数栈中<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0023.png)13、取局部变量表序号4位置数值到操作数栈中<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0024.png)15、执行加法运算后，将计算结果放在操作数栈顶<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0025.png)16、就是真正的打印，#3是符号引用，要转化成直接引用，其结果是打印函数<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0026.png)17、<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0027.png)**符号引用 –> 直接饮用**
1. 上面代码调用 System.out.println() 方法时，首先需要看看 System 类有没有加载，再看看 PrintStream 类有没有加载
1. 如果没有加载，则执行加载，执行时，将常量池中的**符号引用**（字面量）转换为运行时常量池的**直接引用**（真正的地址值）
---
<a name="YP8Pd"></a>
## 方法区演进细节
<a name="fMlxu"></a>
### 永久代演进过程
1. 首先明确：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
1. Hotspot中方法区的变化：
| JDK1.6及以前 | 有永久代（permanent generation），静态变量存储在永久代上 |
| --- | --- |
| JDK1.7 | 有永久代，但已经逐步 “去永久代”，**字符串常量池，静态变量移除，保存在堆中** |
| JDK1.8 | 无永久代，类型信息，字段，方法，常量保存在**本地内存**的元空间，<br />**注意：字符串常量池、静态变量仍然在堆中，继承于JDK1.7的基础。** |
**图解：**<br />**JDK6**<br />方法区由永久代实现，使用 JVM 虚拟机内存（**虚拟的内存**）<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0028.png)**JDK7**<br />方法区由永久代实现，使用 JVM **虚拟机内存**<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0029.png)**JDK8**<br />方法区由元空间实现，使用**物理机本地内存**<br />[](https://cdn.jsdelivr.net/gh/youthlql/lqlp@v1.1.0/JVM/chapter_006/0030.png)
---
<a name="vU9bu"></a>
### 永久代为什么要被元空间替代？
**官方文档**：[http://openjdk.java.net/jeps/122](http://openjdk.java.net/jeps/122)
1. 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）。
1. 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。
1. 这项改动是很有必要的，**原因**有：
1. 为永久代设置空间大小是很难确定的。在某些场景下，如果动态加载类过多，容易产生Perm区的OOM。比如某个实际Web工程中，因为功能点比较多，在运行过程中，要不断动态加载很多类，经常出现致命错误：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。
1. 对永久代进行调优是很困难的。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用的类型，方法区的调优主要是为了降低**Full GC**
1. 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，其实不然。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实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）。
1. 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确实是必要的。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。
- 方法区的垃圾回收主要回收以下两部分内容：1、常量池中废弃的常量。 2、不再使用的类型
---
<a name="Yo838"></a>
### 字符串常量池
**字符串常量池 StringTable 为什么要调整位置？**
- JDK7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收效率很低，在Full GC的时候才会执行永久代的垃圾回收，而Full GC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。
- **所以就把String Table放到堆里，这样就能做到及时回收内存。**
---
<a name="eAUeJ"></a>
### 静态变量放在哪里
<a name="YZrPc"></a>
#### 对象实体在哪里放着？
jdk6,7,8及以后，**对象实体**始终在堆中
```java
/**
* 结论：
* 1、静态引用对应的对象实体(也就是这个new byte[1024 * 1024 * 100])始终都存在堆空间，！！！这是对象实体
* 2、只是那个变量(相当于下面的arr变量名)在JDK6,JDK7,JDK8存放位置中有所变化！！！！
*
* jdk7：
* -Xms200m -Xmx200m -XX:PermSize=300m -XX:MaxPermSize=300m -XX:+PrintGCDetails
* jdk 8：
* -Xms200m -Xmx200m -XX:MetaspaceSize=300m -XX:MaxMetaspaceSize=300m -XX:+PrintGCDetails
*/
public class StaticFieldTest {
private static byte[] arr = new byte[1024 * 1024 * 100]; //100MB
public static void main(String[] args) {
System.out.println(StaticFieldTest.arr);
}
}
JDK6环境下：分配200M堆空间大小，新生代和老年代默认比例1:2；所以新建的100M数组属于大对象只能存入老年代
JDK7环境下：同上
JDK8环境：同上
变量(名)存放在哪里？
下面代码是三种类型的变量名：静态变量，非静态变量，局部变量
这个问题需要用JHSDB工具来进行分析，这个工具是JDK9开始自带的(JDK9以前没有)，在bin目录下可以找到
package com.atguigu.java1;
/**
* 《深入理解Java虚拟机》中的案例：
* staticObj、instanceObj、localObj存放在哪里？
*/
public class StaticObjTest {
static class Test {
static ObjectHolder staticObj = new ObjectHolder();
ObjectHolder instanceObj = new ObjectHolder();
void foo() {
ObjectHolder localObj = new ObjectHolder();
System.out.println("done");
}
}
private static class ObjectHolder {
}
public static void main(String[] args) {
Test test = new StaticObjTest.Test();
test.foo();
}
}
测试发现1：三个对象的数据在内存中的地址都落在Eden区范围内（对象实体都在堆中），所以结论：只要是对象实例必然会在Java堆中分配。这在上节已经证明。
下图注解：0x00007f32c7800000(Eden区的起始地址) —- 0x00007f32c7b50000(Eden区的终止地址)，可以发现三个变量都在这个范围内，所以可以得到上面结论
测试发现2：
结论：
关于成员变量和局部变量：instanceObj（成员变量即属性）随着Test的对象实例存放在Java堆；localObject（局部变量）则是存放在foo()方法栈帧的局部变量表中。
关于静态变量：staticObj（静态变量）随着Test的类型信息存放在方法区（JDK6）,在JDK7及之后放在堆中
利用Inspector证明：找到了一个引用该staticObj对象的地方，是在一个java.lang.Class的实例里，并且给出了这个实例的地址，通过Inspector查看该对象实例，可以清楚看到这确实是一个java.lang.Class类型的对象实例，里面有一个名为staticobj的实例字段：
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及其以后版本的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，从我们的实验中也明确验证了这一点
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，其实不然。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实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确实是必要的。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。
废弃的常量
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：
- 类和接口的全限定名
- 字段的名称和描述符
- 方法的名称和描述符
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堆中的对象非常类似。（关于常量的回收比较简单，重点是类的回收）
不再使用的类型
下面也称作类卸载
1、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：
- 该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类及其任何派生子类的实例。
- 加载该类的类加载器已经被回收，这个条件除非是经过精心设计的可替换类加载器的场景，如OSGi、JSP的重加载等，否则通常是很难达成的。
- 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用（反射时会使用Class），无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
2、Java虚拟机被允许对满足上述三个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“被允许”，而并不是和对象一样，没有引用了就必然会回收。关于是否要对类型进行回收，HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc参数进行控制，还可以使用-verbose:class 以及 -XX：+TraceClass-Loading、-XX：+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息
3、在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。
运行时数据区总结
常见面试题
- 百度
- 三面：说一下JVM内存模型吧，有哪些区？分别干什么的？
- 蚂蚁金服：
- Java8的内存分代改进
- JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
- 一面：JVM内存分布/内存结构？栈和堆的区别？堆的结构？为什么两个survivor区？
- 二面：Eden和survior的比例分配
- 小米：
- jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代
- 字节跳动：
- 二面：Java的内存分区
- 二面：讲讲vm运行时数据库区
- 什么时候对象会进入老年代？
- 京东：
- JVM的内存结构，Eden和Survivor比例。
- JVM内存为什么要分成新生代，老年代，持久代。新生代中为什么要分为Eden和survivor。
- 天猫：
- 一面：Jvm内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。
- 一面：JVM的内存模型，Java8做了什么改
- 拼多多：
- JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
- 美团：
- java内存分配
- jvm的永久代中会发生垃圾回收吗？
- 一面：jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代？
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