解密JVM虚拟机底层原理【方法区】

前言

再次声明本章是一个系列中的其中一段,若想了解更多JVM虚拟机底层原理 点击首页,或关注博主，今天来谈方法区，对于方法区的内容今天多，各位听我慢慢说。

方法区

单单从名字上来看方法区似乎与我们的方法定义有关,确实如此,但是还不够严谨,我也在网上看了很多方法区的定义,但是五花八门,总感觉不够清晰!所以我们一起看看JVM规范中对方法是怎么定义的?

JVM规范-方法区定义 https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html

定义:

翻译:首先是所有Java虚拟机线程共享的一块区域,他存放了根类结构相关的一些信息, 有类的变量,方法信息,构造方法和构造器信息,和一些特殊方法(主要指类构造器)。 方法区在虚拟机启动时被创建,逻辑上来讲是堆的一个组成部分,但是并不强制你的具体位置,(说白了就是不同的JVM厂商在实现的时候不一定完全按照标准来创造) 最后对于内存定义:方法区在内存不足是也会抛出 OutOfMemoryError 

解释:

说了半天可能有人听不懂了,那就来解释一下!

拿oracle的hospost虚拟机举例(也就是我们日常用的)

组成:

在JDK8之前hospost虚拟机对方法区的实现,叫做永久代,永久代就是使用堆的一部分空间去做实现的

而在JDK8之后把永久代移除了,换了一个实现,叫做元空间 元空间用的不是堆的内存,而是本地内存,也就是操作系统的内存

所以不同的实现对于方法区的选择位置也不同

方法区内存溢出:

有人会疑问,方法区不就存放类的一些信息和实例吗?大小也不足以内存溢出啊,具体什么情况,拿个例子看下

/** 元空间 * 演示元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace * -XX:MaxMetaspaceSize=8m */ public class Demo1_8 extends ClassLoader { // ClassLoader可以用来加载类的二进制字节码 public static void main(String[] args) { int j = 0; try { Demo1_8 test = new Demo1_8(); for (int i = 0; i < 10000; i++, j++) { // ClassWriter 作用是生成类的二进制字节码 ClassWriter cw = new ClassWriter(0); // 版本号， public， 类名, 包名, 父类， 接口 cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null); // 返回 byte[] byte[] code = cw.toByteArray(); // 执行了类的加载 test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length); // Class 对象 } } finally { System.out.println(j); } } } 代码注释都有,自行理解,由于电脑物理内存大不方便演示效果,所以要加 -XX:MaxMetaspaceSize=8m 参数 

JVM1.6执行结果:永久代内存溢出导致OutOfMemoryError

JVM1.8 之后会导致元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

虽然都是OutOfMemoryError 但是可以看到1.8之前是permGen space 1.8之后是Metaspace

这种场景是非常多的, 看过spring mybatis源码的应该了解 代码使用不当是很容易造成方法区内存溢出的

运行时常量池:

在明白运行时常量池之前首先说说什么是常量池

• 常量池，就是一张表，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、字面量等信息

• 运行时常量池，常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

了解运行时常量池之后,不得不说运行时常量池的一个重要组成部分StringTable

说StringTable先看几道经典面试题

String s1 = "a"; String s2 = "b"; String s3 = "a" + "b"; String s4 = s1 + s2; String s5 = "ab"; String s6 = s4.intern(); // 问 System.out.println(s3 == s4); System.out.println(s3 == s5); System.out.println(s3 == s6); String x2 = new String("c") + new String("d"); String x1 = "cd"; x2.intern(); // 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢 System.out.println(x1 == x2); 讲解: ① s3 == s4 //false s3 = "a" + "b" 两个字符串相加 stringtable会有编译期优化,结果就是 "ab"(字符串ab) 常量池没有,顺便入池。 s4 = s1 + s2 两个变量拼接在运行期使用stringbuilder拼接产生新的字符串 新的字符串相当于new String("ab")出来的 所以在堆中 所以第一题为false 理由:一个在常量池中一个在堆内存中 ② s3 == s5 //true s5 = "ab" 是一个自变量会首先检查常量池的内容,结果常量池已经有s3拼好的"ab"了,所以s5不会创建新的对象,会直接引用常量池以有的对象,因此s3和s5都是同一个对象 所以为true ③ s3 == s6 // true s6又是调用s4.intern()方法 intern() 方法回去常量池先看有没有这个对象,如果有就返回常量池的对象,如果没有就尝试将s4进行入池, 显然常量池已有ab,没能入池成功,但他返回常量池中的对象,所以s6和s3就是一个对象 所以为true ④ x1 == x2 // false x2 显然是堆中的对象 new String("cd") ; x1 显然是常量池中的对象 x2调用intern方法尝试将堆内存中的x2进行入池,但是常量池已经有了,所以没能入池成功,所以最终 x2是堆内存中的对象 x1 是常量池中的对象 结果为false 

StringTable 特性

• 常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象

• 利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象

• 字符串变量拼接的原理是 StringBuilder （1.8）

• 字符串常量拼接的原理是编译期优化

• 可以使用 intern 方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池

  • 1.8 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池， 会把串池中的对象返回

  • 1.6 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有会把此对象复制一份，放入串池， 会把串池中的对象返回

StringTable 位置

在JVM1.6之前stringtable在方法区,具体实现也就是永久代的其中一块空间 而在1.7 1.8之后 他的实现空间被移动到堆内存中

为什么更改? 原因是什么?

因为永久代内存不足,而且永久代只有触发FullGC时候才会执行他的垃圾回收,但是FullGC只有等到整个老年代的空间不足才会触发,回收时间会很晚,间接的导致stringtable的回收效率并不高,所以1.6之后的JVM厂商对此作了优化

StringTable 性能调优

最后分享StringTable的性能调优问题,由于stringtable是桶机制,所以我们需要调整桶的个数,具体数据根据自己硬件以及合适的占比去调整

调整 -XX:StringTableSize=桶个数 

总结

通过本章至少了解到方法区的以下问题

1. 定义 2. 组成 3. 方法区内存溢出 4. 运行时常量池 5. StringTable 特性 6. StringTable 位置 7. StringTable 性能调优 

关于方法区的详细介绍本章到此,下一篇介绍 直接内存

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