JVM学习-运行时数据区2

Posted 2021-11-11 TyuIn

        上一篇博客我们讲了运行时数据区的一些部分的内容，接下来是运行时数据区中最为重要的两个部分 方法区【Method Area】及 堆【Heap】的介绍。

一、方法区（Method  Area）

        方法区（Method Area）与Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java 虚拟机规范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Non-Heap（非堆），目的应该是与Java 堆区分开来。方法区通常和永久区(Perm)关联在一起，但永久代与方法区不是一个概念，只是有的虚拟机用永久代来实现方法区，这样就可以用永久代GC来管理方法区，省去专门内存管理的工作。根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出 OutOfMemoryError 异常。

1、方法区的组成

• 类型信息：类的完整名称、类的直接父类的完整名称、类的直接实现接口的有序列表、类型标志（类类型还是接口类型）、类的修饰符（public private defautl abstract final static）
• 类型的常量池：（该部分是独有的，然后运行时，把该部分加载进运行时常量池，当调用时则从符号引用解析为直接引用，但是有些确定的方法会直接转换，比如静态方法，比如构造方法），存放该类型所用到的常量的有序集合，包括直接常量（如字符串、整数、浮点数的常量）和对其他类型、字段、方法的符号引用。常量池中每一个保存的常量都有一个索引，就像数组中的字段一样。因为常量池中保存中所有类型使用到的类型、字段、方法的符号引用，所以它也是动态连接(栈中对应的方法指向这个引用)的主要对象（在动态链接中起到核心作用）。
• 字段信息（该类声明的所有字段）：字段修饰符（public、peotect、private、default）、字段的类型、字段名称
• 方法信息：1. 方法名 2.方法的返回类型（包括void）3. 方法参数的类型、数目以及顺序 4. 方法修饰符（public、private、protected、static、final、synchronized、native、abstract） 5. 针对非本地方法，还有些附加方法信息需要存储在方法区中（局部变量表大小和操作数栈大小、方法体字节码、异常表）
• 类变量（静态变量）：指该类所有对象共享的变量，即使没有任何实例对象时，也可以访问的类变量。它们与类进行绑定。
• 指向类加载器的引用：每一个被JVM加载的类型，都保存这个类加载器的引用，类加载器动态链接时会用到。
• 指向Class实例的引用：类加载的过程中，虚拟机会创建该类型的Class实例，方法区中必须保存对该对象的引用。通过Class.forName(String className)来查找获得该实例的引用，然后创建该类的对象。
• 方法表：JVM 对每个加载的非虚拟类的类型信息中都添加了一个方法表，方法表是一组对类实例方法的直接引用(包括从父类继承的方法)。JVM 可以通过方法表快速激活实例方法。
• 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

2、运行时常量池（Runtime Constant Pool）

        运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种 字面量 和 符号引用。其中，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，包括以下三类常量：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符 和 方法的名称和描述符。因为运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，那么当常量池无法再申请到内存时也会抛出 OutOfMemoryError 异常。

　　运行时常量池相对于Class文件常量池的一个重要特征是具备动态性。Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，运行期间也可能将新的常量放入池中，比如字符串的手动入池方法intern()。

3、方法区的演变细节

4、扩展 

4.1 方法区的回收

        方法区的内存回收目标主要是针对 常量池的回收 和 对类型的卸载。回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。以常量池中字面量的回收为例，假如一个字符串“abc”已经进入了常量池中，但是当前系统没有任何一个String对象是叫做“abc”的，换句话说是没有任何String对象引用常量池中的“abc”常量，也没有其他地方引用了这个字面量，如果在这时候发生内存回收，而且必要的话，这个“abc”常量就会被系统“请”出常量池。常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。

4.2 判定一个类是否是“无用的类”

        判定一个常量是否是“废弃常量”比较简单，而要判定一个类是否是“无用的类”的条件则相对苛刻许多。类需要同时满足下面3个条件才能算是“无用的类”：（判断类是无用类的三个条件）

•  该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例；
• 加载该类的ClassLoader已经被回收；
• 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。

        虚拟机可以对满足上述3个条件的无用类进行回收(卸载)，这里说的仅仅是“可以”，而不是和对象一样，不使用了就必然会回收。特别地，在大量使用反射、动态代理、CGLib等bytecode框架的场景，以及动态生成JSP和OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能，以保证永久代不会溢出。

4.3 StringTable移入堆空间

        jdk7将StringTable放入堆空间，因为永久代回收效率低，full gc时候才会触发，而full gc是老年代的空间不足，永久代空间不足才触发。这就导致StringTable回收效率低，而开发中有大量的字符串被创建，回收效率低，导致内存不足。当放入堆中，提高回收效率。

二、堆 （Heap）

        对于大多数应用来说，Java 堆（Java Heap）是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java 虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但是随着JIT 编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。

jdk7与jdk8堆内存结构比较 

1、新生代（Yong/New Generation）

        新生成的对象优先存放在新生代中，新生代对象朝生夕死，存活率很低，在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集一般可以回收70% ~ 95% 的空间，回收效率很高。

        HotSpot将新生代划分为三块，一块较大的Eden（伊甸）空间和两块较小的Survivor（幸存者）空间，默认比例为8：1：1。（但是这个比例在虚拟机中开启了自适应调节策略，比例进行了调节 6：1：1，在后面垃圾回收篇介绍）划分的目的是因为HotSpot采用复制算法来回收新生代，设置这个比例是为了充分利用内存空间，减少浪费。新生成的对象在Eden区分配（大对象除外，大对象直接进入老年代），当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。

        GC开始时，对象只会存在于Eden区和From Survivor区，To Survivor区是空的（作为保留区域）。GC进行时，Eden区中所有存活的对象都会被复制到To Survivor区，而在From Survivor区中，仍存活的对象会根据它们的年龄值决定去向，年龄值达到年龄阀值（默认为15，新生代中的对象每熬过一轮垃圾回收，年龄值就加1，GC分代年龄存储在对象的header中）的对象会被移到老年代中，没有达到阀值的对象会被复制到To Survivor区。接着清空Eden区和From Survivor区，新生代中存活的对象都在To Survivor区。接着， From Survivor区和To Survivor区会交换它们的角色，也就是新的To Survivor区就是上次GC清空的From Survivor区，新的From Survivor区就是上次GC的To Survivor区，总之，不管怎样都会保证To Survivor区在一轮GC后是空的。GC时当To Survivor区没有足够的空间存放上一次新生代收集下来的存活对象时，需要依赖老年代进行分配担保，将这些对象存放在老年代中。

2、老年代（Tenured/Old Generationn）

　　在新生代中经历了多次（具体看虚拟机配置的阀值）GC后仍然存活下来的对象会进入老年代中。老年代中的对象生命周期较长，存活率比较高，在老年代中进行GC的频率相对而言较低，而且回收的速度也比较慢。

本篇主要记录博主在学习java虚拟机过程的笔记以及自己的总结，内容及配图来源《深入理解java虚拟机（第三版）-JVM高级特性与最佳实践 》，书的作者是：周志明老师。文章中的图片主要是尚硅谷JVM课程学习的图片，有兴趣的可以去 blibli 搜索学习。【文章中的内容参考的文章忘记是哪篇了，如有侵权，请联系我】