对应书中2.2.5节
1. 堆、栈、方法区的交互关系
如图：
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
如图：
在堆中的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
2. 方法区的理解
Java虚拟机有一个在所有Java虚拟机线程之间共享的方法区域。方法区域类似于用于传统语言的编译代码的存储区域，或者类似于操作系统进程中的“文本”段。它存储每个类的结构，例如运行时常量池、字段和方法数据，以及方法和构造函数的代码，包括类和实例初始化以及接口初始化中使用的特殊方法
方法区域是在虚拟机启动时创建的。尽管方法区域在逻辑上是堆的一部分，但简单的实现可能选择不垃圾收集或压缩它。此规范不强制指定方法区域的位置或用于管理已编译代码的策略。方法区域可以具有固定的大小，或者可以根据计算的
需要进行扩展，并且如果不需要更大的方法区域，则可以收缩。方法区域的内存不需要是连续的。
Java虚拟机实现可提供程序员或用户对方法区域的初始大小的控制，以及在大小可变的方法区域的情况下，对最大和最小方法区域大小的控制。
以下例外情况与方法区域相关：
- 如果方法区域中的内存无法满足分配请求，Java虚拟机将抛出OutOfMemoryError。
2.1 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区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作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。
2.2 方法区的基本理解
-
方法区是用来存放类的地方
-
方法区（Method Area）与Java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
-
方法区的大小和堆空间一样，可以选择固定大小或者可扩展
-
方法去的大小决定了系统可以保存多少各类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机会抛出内存溢出错误：
-
java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space（1.8之前叫永久代）
-
java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace（1.8及之后叫元空间）。
-
可能产生方法区溢出的原因:
-
加载大量的第三方jar包
-
Tomcat部署的工程过多
-
大量动态的生成反射类
-
关闭JVM就会释放这个区域的内存
看一段简单的程序：
public class EdenSurvivorTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("我只是来打个酱油~");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
类的加载情况：
同时，在讲堆得时候，我们将堆得大小设置为600m，而老年代+新生代就占用了600m，所以方法区不在堆中。
2.3 HotSpot中方法区的演进
-
JDK7及之前，方法区称为永久代 。JDK8使用元空间取代了永久代，使用的是本地内存空间
-
本质上，方法区和永久代并不等价。仅是对HotSpot而言是等价的 。《Java虚拟机规范》对如何实现方法区，不做统一要求。例如：BEA JRockit/IBM J9中不存在永久代的概念
-
现在看来，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）。当时使用的是JVM的内存 -
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，而是使用了本地内存。
-
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
3. 设置方法区的大小和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
3.1 jdk7及之前
- 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。
3.2 jdk8及之后
- 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 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。
- 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。
3.3 OOM模拟：
代码：
/**
* 设置大小：
* jdk6/7中：
* -XX:PermSize=5m -XX:MaxPermSize=5m
*
* jdk8中：
* -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
*/
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++) {
//创建ClassWriter对象，用于生成类的二进制字节码
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);
}
}
}
结果：jdk8中：
结果：jdk7中：
3.4 如何解决这些OOM
1、 要解决OOM异常或heapspace的异常，一般的手段是首先通过内存映像分析工具（如EclipseMemoryAnalyzer）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（MemoryLeak）还是内存溢出（MemoryOverflow）；
2、 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GCROOT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GCRoots的引用链于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GCRoots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GCRoots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置；
3、 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；
4. 方法区的内部结构
字节码文件经过类加载后到了运行时数据区，类的本身（类信息）就放在方法区中。
4.1 方法区存储什么？
《深入理解Java虚拟机》书中对方法区存储内容描述如下：
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。
4.2 类型信息
对每个加载的类（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（全类名=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；
4.3 域（Field）信息（成员变量）
- 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。
- 域信息通俗来讲是类的成员变量域的相关信息包括：域名称、域类型、域修饰符（public，private，protected，static，final，volatile，transient的某个子集）
4.3.1 non-final的类变量
- 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
- 在jdk7之后，类变量存放于堆中，文章后序会解释及代码查看
代码示例：
/**
* non-final的类变量
* 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
* 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
*/
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!");
}
}
结果：
hello!
1
4.3.2 static final常量
补充说明：全局常量：static final
被声明为final的类变量处理方法则不同， final修饰的类变量在编译的时候就被分配（赋值）了。
示例：
class Order {
public static int count = 1;
public static final int number = 2;
public static void hello() {
System.out.println("hello!");
}
}
反编译到文本结果：可以发现 number 的值已经写死在字节码文件中了
public static int count;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
public static final int number;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL
ConstantValue: int 2
4.4 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中对应的类为 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
4.4.1 字节码文件查看：
1、 代码：；
/**
* 测试方法区的内部构成
*/
public class MethodInnerStrucTest extends Object implements Comparable<String>, Serializable {
//属性
public int num = 10;
private static String str = "测试方法的内部结构";
//构造器没写
//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;
}
}
1、 反编译字节码文件到文本:；
// 参数 -p 确保能查看 private 权限类型的字段或方法
javap -v -p MethodInnerStrucTest.class > Text.txt
1、 结果：；
// 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
// 从反编译文件可以看出，字节码文件记录了 MethodInnerStrucTest 继承了哪些类，实现了哪些方法
public class cn.sxt.java.MethodInnerStrucTest extends java.lang.Object
implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable
// 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 ，这是因为将 this 作为了参数
public void test1();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3, locals=2, args_size=1
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 Lcn/sxt/java/MethodInnerStrucTest;
3 26 1 count I
4.5 运行时常量池（方法区中的重要结构）
- 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
- 要弄清楚方法区，需要理解清楚ClassFile，因为加载类的信息都在ClassFile。
- 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
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），包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用
4.5.1 class文件常量池（class constant pool）
-
字面量就是我们所说的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。
-
符号引用是一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。
-
类和接口的全限定名
-
字段名称和描述符
-
方法名称和描述符
4.5.1.1 为什么字节码文件需要常量池？
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
比如：如下的代码：
public class SimpleClass {
public void sayHello() {
System.out.println("hello");
}
}
虽然上述代码的java文件只有194字节，但是里面却使用了String、System、PrintStream及Object等结构。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。如果不使用常量池，就需要将用到的类信息、方法信息等记录在当前的字节码文件中，造成文件臃肿。
所以我们将所需用到的结构信息记录在常量池中，等到了运行时，通过引用的方式，从运行时常量池中加载、调用所需的结构。
4.5.1.2 举例test1方法：
1、 代码：；
public void test1() {
int count = 20;
System.out.println("count = " + count);
}
- test1中的操作符：（凡是带#的都是常量池中的内容 ）
- 比如#3：调用了#54和#55
- #54：调用了#73
- #55：调用了#74和#75
- #74：是一个out
- #75 ：指定out的引用类型
7、 字节码详细信息：；
// 通过字节码指令可以看出，拼接字符串时，编译器帮我们造了个 StringBuilder 对象，
// 然后调用其 append( ) 方法完成了字符串的拼接
public void test1();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=3, locals=2, args_size=1
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 Lcn/sxt/java/MethodInnerStrucTest;
3 26 1 count I
常量池
Constant pool:
#1 = Methodref #18.#52 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #17.#53 // cn/sxt/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 // cn/sxt/java/MethodInnerStrucTest.compareTo:(Ljava/lang/String;)I
#15 = String #67 // 测试方法的内部结构
#16 = Fieldref #17.#68 // cn/sxt/java/MethodInnerStrucTest.str:Ljava/lang/String;
#17 = Class #69 // cn/sxt/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 Lcn/sxt/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 cn/sxt/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
4.5.1.3 字节码文件常量池中有什么？
几种在常量池内存储的数据类型包括：
- 数量值
- 字符串值
- 类引用
- 字段引用
- 方法引用
4.5.1.4 字节码文件常量池小结
常量池，可以看作是一张表，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。
我的理解：比如上图字节码第一行new #2，字节码的意思是new一个对象出来，但是我们不能把new的具体内容放在字节码中，这会导致字节码很大很冗余，我们把这个类放在常量池中，这里用#2指向它。 这样做不光使字节码更小的，同时也可以进行复用，其他地方通过#2也能指向那个类。
4.5.2 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，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，所以每个类都拥有自己的运行时常量池。
-
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。
-
class常量池中存的是字面量和符号引用，也就是说他们存的并不是对象的实例，而是对象的符号引用值。而经过解析（resolve）之后，也就是把符号引用替换为直接引用，解析的过程会去查询全局字符串池，也就是StringTable，以保证运行时常量池所引用的字符串与全局字符串池中所引用的是一致的。
-
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。
-
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。
4.5.3 全局字符串池（string pool也有叫做string literal pool）
这里多说一下字符串常量池：
全局字符串池里的内容是在类加载完成，经过验证，准备阶段之后在堆中生成字符串对象实例，然后将该字符串对象实例的引用值存到string pool中（记住：string pool中存的是引用值而不是具体的实例对象，具体的实例对象是在堆中开辟的一块空间存放的）。
在HotSpot VM里实现的string pool功能的是一个StringTable类，它是一个哈希表，不能扩容，里面存的是驻留字符串(也就是我们常说的用双引号括起来的)的引用（而不是驻留字符串实例本身），也就是说在堆中的某些字符串实例被这个StringTable引用之后就等同被赋予了”驻留字符串”的身份。这个StringTable在每个HotSpot VM的实例只有一份，被所有的类共享。
4.5.3.1 StringTable位置
- jdk1.6及之前，StringTable与方法区一同在永久代中。
- jdk1.8之后，方法区转移到本地内存中，但是将StringTable转移到堆内存中。
原因：
StringTable中存在大量的字符串对象，运行时间增长永久代内存占用过多，且永久代只有在触发FULL GC时才进行垃圾回收，回收频率过慢。转移到堆中可以利用虚拟机在堆内存中频繁的垃圾回收，处理StringTable中对象过多情况。
4.5.3.2 StringTable调优
调整hash表中桶子个数，-XX:StringTableSize=桶个数
5. 方法区使用举例
代码：
public class MethodAreaTest {
public static void main(String[] args) {
int x = 500;
int y = 100;
int a = x / y;
int b = 50;
System.out.println(a + b);
}
}
编译（build中recompile）生成字节码文件，然后反编译（在target中找到，open in terminal，然后javap -v -p 文件名 > 文件名.txt）成txt文件，查看txt文件
从上面的生成的文件我们可以看到常量池，和方法的信息，这些在类加载后同样会放到方法区中。
我们主要关注下上面字节码文件中main方法中执行的流程：
程序计数器中，记录的是当前线程现在执行的指令地址，即将执行到下一个指令前，马上记录下一条指令
部分常量池：
1、 第一步sipush500：程序计数器记录当前指令地址0，将500放入到操作数栈中，程序计算器中记录下一条指令3；
2、 第二步istore_1：将操作数栈中的500放入到本地变量表1的位置中，本地变量表存放的是当前方法中声明的各种变量，也包括形参this；
3、 第三步bipush100：将100放到操作数栈中；
4、 第四步istore_2：将操作数栈中的100存入本地变量表2的位置；
5、 第五步iload_1：iload是取数据的意思，将本地变量表中1位置的数据取出来放到操作数栈中（本地变量表是数组，操作数栈是栈）；
6、 第六步iload_2：将本地变量表中位置为2的数据取出来，放到操作数栈顶；
7、 第七步idiv：将栈顶2个int类型数相除，将结果存入操作数栈；
8、 第八步istore_3：将操作数栈中的数据放啊到局部变量表（本地变量表）中3的位置；
9、 第九步bipush50：将50放入操作数栈；
10、 第十步istore4：将操作数栈中的50放入本地变量表中4的位置；
- 第十一步getstatic #2：找到常量池中#2的位置，接着通过#2找到#25和#26，#25找到#31，也就是对应的是类，#26对应的是方法的名称和类型。通过#26找到#32out，也就是方法名out；找到#33也就是返回值类型。
回过头来看#2，前面也就是找到我们这个属性所属的类System，属性的类型是printstream类型。
在这个过程中，我们会去方法区中找System这个类是否被加载过，如果没有，我们就需要把它加载进行，这时候我们的符号引用就要转变为真实加载到内存中的引用，也就是直接引用。(回看之前讲的方法调用和动态链接)
12、 第十二步iload_3：将本地变量表中3的位置的数据取出来放到操作数栈顶；
13、 第十三步iload_4：将本地变量表中4的位置的数据取出来放到操作数栈顶；
14、 第十四步iadd：将操作数栈上面2个元素做相加运算，并将结果放到栈顶；
- 第十五步invokevirtual #3：
去常量池中找到#3，#3是个方法的引用，找到#27和#28。#27是PrintSream类，#28是方法的名称和类型分别是#35println和#36返回值为空。所以这个指令就是调用System类和println方法输出55
16、 最后，return结束方法的调用；
5.1 关于【符号引用 --> 直接引用】的理解
上面代码调用 System.out.println( ) 方法时，首先需要看System 类有没有加载，再看看 PrintStream 类有没有加载
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）转换为直接引用（真正的地址值）
6. 方法区的演进细节
6.1 方法区的演进
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
2、 Hotspot中方法区的变化：；
6.2 为什么要用元空间替换永久代？
官方的牵强解释：JRockit是和HotSpot融合后的结果，因为JRockit没有永久代，所以他们不需要配置永久代，HotSpot也就取消了永久代
- 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，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，要不断动态地加载很多类，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。
2、 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
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
6.3 字符串常量池为什么要放到堆中
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。放到堆里，能及时回收内存。
6.4 静态变量存放在哪里？
在《深入理解Java虚拟机第3版》中原话：
“准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段，从概念上讲，这些变量所使用的内存都应当在方法区中进行分配，但必须注意到方法区本身是一个逻辑上的区域，在JDK 7及之前，HotSpot使用永久代来实现方法区时，实现是完全符合这种逻辑概念的；而在JDK 8及之后，类变量则会随着Class对象一起存放在Java堆中，这时候“类变量在方法区”就完全是一种对逻辑概念的表述了。”
6.4.1 举例1：查看new出来的对象存放位置
1、 代码：；
静态变量存放在哪里？
/**
* 结论：
* 静态变量在jdk6/7存在与永久代中，在jdk8存在于堆中 //private static byte[] arr
* 静态引用对应的对象实体始终都存在堆空间 //new byte[1024 * 1024 * 100];
*
* 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);
}
}
1、 JDK7的静态变量对象放在堆中，由于对象比较大，所以在老年代：；
2、 JDK8的静态变量对象放在堆的老年代中；
3、 结论：通过GC日志可以看出：静态变量引用对应的对象实体始终是放在堆中的；
6.4.2 举例2：查看类变量报错信息：
代码测试：
public class StaticLocateTest {
public static Long[] o = new Long[999999999];
public static Long[] o1 = new Long[999999999];
public static Long[] o2 = new Long[999999999];
public static Long[] o3 = new Long[999999999];
public static Long[] o4 = new Long[999999999];
public static Long[] o5 = new Long[999999999];
public static Long[] o6 = new Long[999999999];
public static Long[] o7 = new Long[999999999];
public static Long[] o8 = new Long[999999999];
public static Long[] o9 = new Long[999999999];
public static void main(String[] args) {
Long[] k = StaticLocateTest.o;
}
}
结果：可以看出报错的一场是堆溢出：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at com.yhx.toali.JVMStudy.Heap.StaticLocateTest.<clinit>(StaticLocateTest.java:10)
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:60877', transport: 'socket'
6.4.3 举例3：查看变量本身放在哪里
代码：
/**
* 《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 {
//静态属性
static ObjectHolder staticObj = new ObjectHolder();
//非静态属性
ObjectHolder instanceObj = new ObjectHolder();
void foo() {
//局部变量
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();
}
}
可以使用 JHSDB.exe，在JDK9的时候才引入的
测试发现：三个对象的数据在内存中的地址都落在Eden区范围内，所以结论：只要是对象实例必然会在Java堆中分配。
接着，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
7. 方法区的垃圾收集
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不再使用的类型。
7.1 废弃的常量的回收
-
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
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字段的名称和描述符
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方法的名称和描述符
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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。
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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）
7.2 不再使用的类型的回收
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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：
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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。
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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。
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该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
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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
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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。