jvm學習（3）方法區、堆、對象存儲位置

 

 

方法區

方法區，Method Area， 對於習慣在HotSpot虛擬機上開發和部署程序的開發者來說，很多人願意把方法區稱為“永久代”（Permanent Generation），本質上兩者並不等價，僅僅是因為HotSpot虛擬機的設計團隊選擇把GC分代收集擴展至方法區，或者說使用永久代來實現方法區而已。對於其他虛擬機（如BEA JRockit、IBM J9等）來說是不存在永久代的概念的。

主要存放已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據（比如spring 使用IOC或者AOP創建bean時，或者使用cglib，反射的形式動態生成class信息等）。

細分

  方法區被分為兩個主要的子區域：

1. 持久代     這個區域會存儲包括類定義、結構、字段、方法（數據及代碼）以及常量在內的類相關數據。它可以通過-XX:PermSize及-XX:MaxPermSize來進行調節。如果它的空間用完了，會導致java.lang.OutOfMemoryError: PermGenspace的異常。而JDK8開始，持久代已經被徹底刪除了，取代它的是另一個內存區域也被稱為元空間。

2. 方法區存儲的是每個class的信息:
   1.類加載器引用(classLoader)
   2.運行時常量池
   所有常量、字段引用、方法引用、屬性
   3.字段數據
   每個方法的名字、類型(如類的全路徑名、類型或接口) 、修飾符（如public、abstract、final）、屬性
   4.方法數據
   每個方法的名字、返回類型、參數類型(按順序)、修飾符、屬性
   5.方法代碼
   每個方法編譯后代碼、操作數棧大小、局部變量大小、局部變量表、異常表和每個異常處理的開始位置、結 束位置、代碼處理在程序計數器中的偏移地址、被捕獲的異常類的常量池索引

1.2 運行時常量池

CLass文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載后進入方法區的運行時常量池中存放。

運行時常量池相對於CLass文件常量池的另外一個重要特征是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，也就是並非預置入CLass文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用比較多的就是String類的intern()方法。

 

1.3 常量池的好處

常量池是為了避免頻繁的創建和銷毀對象而影響系統性能，其實現了對象的共享。

例如字符串常量池，在編譯階段就把所有的字符串文字放到一個常量池中。

• （1）節省內存空間：常量池中所有相同的字符串常量被合並，只占用一個空間。
• （2）節省運行時間：比較字符串時，==比equals()快。對於兩個引用變量，只用==判斷引用是否相等，也就可以判斷實際值是否相等。

雙等號==的含義

• 基本數據類型之間應用雙等號，比較的是他們的數值。
• 復合數據類型(類)之間應用雙等號，比較的是他們在內存中的存放地址。

 

 

1 常量池

1.1 Class文件中的常量池

在Class文件結構中，最頭的4個字節用於存儲Megic Number，用於確定一個文件是否能被JVM接受，再接着4個字節用於存儲版本號，前2個字節存儲次版本號，后2個存儲主版本號，再接着是用於存放常量的常量池，由於常量的數量是不固定的，所以常量池的入口放置一個U2類型的數據(constant_pool_count)存儲常量池容量計數值。

常量池主要用於存放兩大類常量：字面量(Literal)和符號引用量(Symbolic References)，字面量相當於Java語言層面常量的概念，如文本字符串，聲明為final的常量值等，符號引用則屬於編譯原理方面的概念，包括了如下三種類型的常量：

• 類和接口的全限定名
• 字段名稱和描述符
• 方法名稱和描述符

1.2 運行時常量池

CLass文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載后進入方法區的運行時常量池中存放。

運行時常量池相對於CLass文件常量池的另外一個重要特征是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，也就是並非預置入CLass文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用比較多的就是String類的intern()方法。

1.3 常量池的好處

常量池是為了避免頻繁的創建和銷毀對象而影響系統性能，其實現了對象的共享。

例如字符串常量池，在編譯階段就把所有的字符串文字放到一個常量池中。

• （1）節省內存空間：常量池中所有相同的字符串常量被合並，只占用一個空間。
• （2）節省運行時間：比較字符串時，==比equals()快。對於兩個引用變量，只用==判斷引用是否相等，也就可以判斷實際值是否相等。

 

雙等號==的含義

• 基本數據類型之間應用雙等號，比較的是他們的數值。
• 復合數據類型(類)之間應用雙等號，比較的是他們在內存中的存放地址。

1.4 基本類型的包裝類和常量池

java中基本類型的包裝類的大部分都實現了常量池技術，即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean。

這5種包裝類默認創建了數值[-128，127]的相應類型的緩存數據，但是超出此范圍仍然會去創建新的對象。 兩種浮點數類型的包裝類Float,Double並沒有實現常量池技術。

Integer與常量池

 

Integer i1 = 40;
Integer i2 = 40;
Integer i3 = 0;
Integer i4 = new Integer(40);
Integer i5 = new Integer(40);
Integer i6 = new Integer(0);
 
System.out.println("i1=i2   " + (i1 == i2));
System.out.println("i1=i2+i3   " + (i1 == i2 + i3));
System.out.println("i1=i4   " + (i1 == i4));
System.out.println("i4=i5   " + (i4 == i5));
System.out.println("i4=i5+i6   " + (i4 == i5 + i6));  
System.out.println("40=i5+i6   " + (40 == i5 + i6));
 
 
i1=i2   true
i1=i2+i3   true
i1=i4   false
i4=i5   false
i4=i5+i6   true
40=i5+i6   true

 

解釋：

• (1)Integer i1=40；Java在編譯的時候會直接將代碼封裝成Integer i1=Integer.valueOf(40);，從而使用常量池中的對象。
• (2)Integer i1 = new Integer(40);這種情況下會創建新的對象。
• (3)語句i4 == i5 + i6，因為+這個操作符不適用於Integer對象，首先i5和i6進行自動拆箱操作，進行數值相加，即i4 == 40。然后Integer對象無法與數值進行直接比較，所以i4自動拆箱轉為int值40，最終這條語句轉為40 == 40進行數值比較

 

　　　　一個Jvm實例只存在一個堆內存，堆內存的大小是可以調節的。類加器讀取了類文件后，需要把類、方法、常變量放到堆內存中，保存所有引用類型的真實信息以方便執行器執行。

　　　　堆內存邏輯上分為三部分：新生+養老+永久

　　        

　　　　新生區

　　　　新生區是類的誕生、成長、消亡的區域，一個類在這里產生，應用，最后被垃圾回收器收集，結束生命。新生區又分為兩部分：伊甸區（Eden Space）和幸存者區(Survivor space)，所有的類都是在伊甸區被new出來的。幸村區有兩個：0區（Survivor 0 space）和1區（Survivor 1space）。當伊甸園的空間用完時，程序又需要創建對象，Jvm的垃圾回收器將對伊甸園區進行垃圾回收（Minor GC），將伊甸園區中的不再被其他對象所引用的對象進行銷毀。然后將伊甸園區中的剩余對象移動到幸存0區。若幸存0區也滿了，再對該區進行垃圾回收，然后移動到1區。那如果1區也滿了呢？再移動到養老區。若養老區也滿了，那么這個時候將產生MajorGC（FullGC），進行養老區的內存清理。若養老區執行了Full GC之后發現依然無法進行對象的保存，就會產生OOM異常“OutOfMemoryError“。

　　如果出現java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space異常，說明Java虛擬機的對內存不夠。原因有二：

　　（1）Java虛擬機的堆內存設置不夠，可以通過參數-Xms、Xmx來調整。

　　（2）代碼中創建了大量大對象，並且長時間不能被垃圾收集器收集（存在被引用）

　 Java堆從GC的角度還可以細分為：新生代（Eden區、From Survivor區和To Survivor區）和老年代。

　　

　　                                                 MinorGC的過程(復制->清空->互換)，其中，Eden：From：To = 8：1：1

　　1：eden、SurvivorFrom復制到survivorTo，年齡+1

　　首先，把Eden和SurvivorFrom區域中存活的對象復制到SurvivorTo區域（如果有對象的年齡以及達到了老年的標准，則賦值到老年代區），同時把這些對象的年齡+1（如果SurvivorTo不夠位置了就放到老年區）

　  2：清空eden、SurvivorFrom

　　然后，清空Eden和SurvivorFrom中的對象

　　3：SurvivorTo和SurvivorFrom互換

　　最后，SurvivorTo和SurvivorFrom互換，原SurvivorTo成為下一次GC時SurvivorFrom區

　　

　　實際而言，方法區（Method Area）和堆一樣，是各個線程共享的內容區域，它用於存儲虛擬機加載的：類信息+普通變量+靜態變量+編譯器編譯后的代碼等等，雖然JVM規范將方法區描述為堆的一個邏輯部分，但它卻還有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分開。

　　　　對於HotSpot虛擬機，很多開發者習慣將方法區稱之為”永久代（Parmaneng Gen）”，但嚴格本質上說兩者不同，或者說使用永久代來實現方法區而已，永久代是方法區（相當於是一個接口interface）的一個實現，jdk1.7的版本中，已經將原來放在永久代的字符串常量池移走。

　　java7的heap如下圖所示：

　　

　　Java1.8之后將最初的永久代取消了，由元空間取代。

　　在Java8中，永久代已經被移除了。被一個稱為元空間的區域所取代。元空間的本質和永久代類似。

　　元空間與永久代之間最大的區別在於：

　　元空間並不在虛擬機中而是使用本地內存。因此，默認情況下，元空間的大小僅受本地內存限制。類的元數據當如native memeory，字符串池和類的靜態變量放入java堆中，這樣可以加載多少類的元數據就不在由MaxPermSize控制，而由系統的實際可用空間來控制。

 

　　堆內存空間調整參數

參數名稱	描述
-Xms	設置初始分配大小，默認為物理內存的1/64
-Xmx	最大分配內存，默認為物理內存的1/4
-XX:+PrintGCDetails	輸出詳細的GC處理日志
-XX:+PrintGCTimeStamps	輸出GC的時間戳信息
-XX:+PrintGCDateStamps	輸出GC的時間戳信息（以日期的形式，如2019-09-15T16:24:24.155+0800）
-XX:+PrintHeapAtGC	在GC進行處理的前后打印堆內存信息
-Xloggc:保存路徑	設置日志信息保存文件

 

 1 public class Test {  2 public static void main(String[] args) {  3 long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();  4 long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();  5 System.out.println("maxmemeory :"+maxMemory+"字節"+(maxMemory/(double)1024/1024)+"MB");  6 System.out.println("total :"+total+"字節"+(total/(double)1024/1024)+"MB");  7  8  }  9 10 }

　　maxmemeory :1873805312字節1787.0MB
　　total :126877696字節121.0MB

　　我的電腦物理內存是8G，會發現默認初始內存是1/64，即大約121.0M；默認最大分配內存時1/4，即大約1787.0M

　　配置VM options:-Xms2G -Xmx2G -XX:+PrintGCDetails后，會輸出jvm運行的詳細信息，如下：　

　　　　maxmemeory :2058354688字節1963.0MB
　　　　total :2058354688字節1963.0MB
　　　　Heap
　　　　PSYoungGen total 611840K, used 41984K [0x00000000d5580000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
　　　　eden space 524800K, 8% used [0x00000000d5580000,0x00000000d7e801b8,0x00000000f5600000)
　　　　from space 87040K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x0000000100000000)
　　　　to space 87040K, 0% used [0x00000000f5600000,0x00000000f5600000,0x00000000fab00000)
　　　　ParOldGen total 1398272K, used 0K [0x0000000080000000, 0x00000000d5580000, 0x00000000d5580000)
　　　　object space 1398272K, 0% used [0x0000000080000000,0x0000000080000000,0x00000000d5580000)
　　　　Metaspace used 3238K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
　　　　class space used 350K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

　　配置GC  -Xms2G -Xmx2G -XX:+PrintGCDetails 使其強制產生OOM

 1 public class Test {  2 public static void main(String[] args) {  3 Random random = new Random();  4 String string = "0000000000";  5 while (true)  6  {  7 string += string + random.nextInt(8888888)+random.nextInt(8888888);  8 string.intern(); //強制產生垃圾  9  } 10  } 11 }

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 504215K->49540K(611840K)] 504215K->145290K(2010112K), 0.0508276 secs] [Times: user=0.27 sys=0.08, real=0.05 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 538420K->1235K(611840K)] 634170K->384221K(2010112K), 0.1519967 secs] [Times: user=0.42 sys=0.28, real=0.15 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 408791K->1171K(611840K)] 1174746K->958620K(2010112K), 0.1376924 secs] [Times: user=0.73 sys=0.05, real=0.14 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 192656K->0K(611840K)] [ParOldGen: 1340418K->575542K(1398272K)] 1533074K->575542K(2010112K), [Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)], 0.1610330 secs] [Times: user=0.76 sys=0.05, real=0.16 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 392390K->0K(611840K)] [ParOldGen: 1341482K->384057K(1398272K)] 1733872K->384057K(2010112K), [Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)], 0.1103824 secs] [Times: user=0.61 sys=0.00, real=0.11 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 382969K->0K(611840K)] [ParOldGen: 1149997K->1149997K(1398272K)] 1532967K->1149997K(2010112K), [Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)], 0.5124315 secs] [Times: user=1.94 sys=0.05, real=0.51 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(611840K)] 1149997K->1149997K(2010112K), 0.0051481 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(611840K)] [ParOldGen: 1149997K->1149973K(1398272K)] 1149997K->1149973K(2010112K), [Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)], 0.5310038 secs] [Times: user=2.56 sys=0.08, real=0.53 secs]
Heap
PSYoungGen total 611840K, used 15045K [0x00000000d5580000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 524800K, 2% used [0x00000000d5580000,0x00000000d64315f0,0x00000000f5600000)
from space 87040K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x0000000100000000)
to space 87040K, 0% used [0x00000000f5600000,0x00000000f5600000,0x00000000fab00000)
ParOldGen total 1398272K, used 1149973K [0x0000000080000000, 0x00000000d5580000, 0x00000000d5580000)
object space 1398272K, 82% used [0x0000000080000000,0x00000000c6305700,0x00000000d5580000)
Metaspace used 3350K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 360K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

另外，如果不會調整內存的話，可以將Xmx和Xms調成一樣的大小既可。