JVM堆和方法区是怎样的关系？

Posted 2022-08-19 流楚丶格念

文章目录

• 直接进入正题
• • 方法区与堆
  • • 共同点
    • HotSpot中的改变
    • 那么永久代为什么要被替换为元空间？
  • 堆区的内部结构：
  • 方法区的内部结构：
  • • 类型(Class)信息
    • 域(Field)信息
    • 方法(Method)信息
    • 非最终态(non-final)类变量
    • 全局常量(static final)
    • 常量池
  • 常量池与运行时常量池？
  • • 用法
    • 为什么需要常量池

直接进入正题

首先方法区是堆上的一个概念，方法具体的落地实现是永久代或者元空间，它们都统称方法区。

在《Java虚拟机规范》中把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做“非堆”。目的是与Java堆区区别开来，这是《Java虚拟机规范》有意的说明，《Java虚拟机规范》在实现上更支持将方法区从堆逻辑中划分出来成为一块独立的内存区，后面jdk1.8将元空间单独从jvm内存中划分出来也有借鉴这个思想。

这回懂了吧，方法区在逻辑上是在堆里的，但是1.8之后在物理上各个虚拟机基本都给划分出来了，并且《Java虚拟机规范》也趋向于将两个区分开来（所以大家背面经的时候是分开背的，hhhhh，混淆的小伙伴们在看完这篇之后就懂一些了）

下面进行更细致的区分：

方法区与堆

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

创建对象各数据区域的声明：

person(方法区)  per(栈)  =  new  person();（堆）

方法区的理解 ：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。

共同点

1. 方法区（Method Area）同堆区一样，是各个线程共享的内存区域

2. 方法区和堆区都是在实际的物理内存空间中，可以是不连续的

3. 方法区的大小和堆空间一样可以动态调整或者固定

HotSpot中的改变

补充概念：HotSpot：可以把它认为是一种虚拟机，JRE1.3及以后版本采用HotSpot的Java虚拟机。其中至关重要的两个技术是动态编译和Profiling

方法区的大小决定了系统可以加载多少个类：但是如果系统定义的类太多，可能会产生OOM（内存以溢出）

• 例如：加载了大量的第三方jar包，Tomcat部署的工程过多，但当我们关闭JVM就会释放方法区的内存

也是针对各种开发过程中的问题，HotSpot对此在方法区与堆上有了一些改变：

• JDK7方法区使用的是虚拟机内存，同时将静态变量和字符串常量池搬移到了堆上（JDK7方法区实现是永久代）

• JDK8将永久代改为元空间，使用的是本地内存，相对于虚拟机的内存，本地内存空间更大，更不容易出现OOM（JDK8方法区实现是元空间）

那么永久代为什么要被替换为元空间？

1. 因为永久代使用的是虚拟机的内存，为永久代设置空间大小是很难确定的，而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
3. 永久代占用了堆的空间，永久代空间太大占用过多堆内存，太小存储类信息有限
4. 永久代的 GC 会触发堆的 GC

OK，下面来了解一下他们两个的内部存储结构：

堆区的内部结构：

总的来说就是新生代、老年代与永久代（元空间），可以参考我的另一篇博文：

https://blog.csdn.net/weixin_45525272/article/details/126369279

方法区的内部结构：

方法区(Method Area)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

类加载器将Class文件加载到内存之后，会将类的信息存储到方法区中。

类型(Class)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一下类型信息

• 这个类型的全限定类名
• 这个类型直接父类的全限定类名(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)
• 这个类型的直接接口的一个有序列表

域(Field)信息

• 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)

方法(Method)信息

JVM必须保存所有方法的一下信息,同域信息一样包括声明顺序,

• 方法名称
• 方法的返回类型(或void)
• 方法参数的数量和类型(按顺序)
• 方法的修饰符(public,private,protected,static,final,synchornized,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),包含每个异常处理的开始位置,结束位置,处理代码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

非最终态(non-final)类变量

• 静态变量和类关联在一起,随着类的加载而加载,它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

全局常量(static final)

• 非声明为final的类变量的处理方式则不同，每个全局常量在编译的时候就会被分配了

常量池

常量池表(Constant Pool Table)是Class文件的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类的加载后存放到方法区的运行时常量池中

几种在在常量池内存储的数据类型包括

• 数量值0
• 字符串值
• 类引用
• 字段引用
• 方法引用

常量池与运行时常量池？

运行时常量池与常量池比较：

• 方法区中，内部包含了运行时常量池

• 字节码文件中，内部包含了常量池

那么再来看一下这两个常量池的概念：

常量池：存放编译期间生成的各种字面量与符号引用

运行时常量池：常量池表在运行时的表现形式

用法

编译后的字节码文件中包含了类型信息、域信息、方法信息等。通过ClassLoader将字节码文件的常量池中的信息加载到内存中，存储在了方法区的运行时常量池中。

理解为字节码中的常量池 Constant pool 只是文件信息，它想要执行就必须加载到内存中。

而Java程序是靠JVM，更具体的来说是JVM的执行引擎来解释执行的。执行引擎在运行时常量池中取数据，被加载的字节码常量池中的信息是放到了方法区的运行时常量池中。 它们不是一个概念，存放的位置是不同的。一个在字节码文件中，一个在方法区中。

总结下也就是说：不用的时候存字节码文件里，用的时候取出来放内存的运行时常量池中，然后执行引擎再解释执行。

为什么需要常量池

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。

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