本文主要是介绍JDK7和JDK8差异与堆和方法区探索,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
1. 方法区
从线程的角度来看运行时数据区:
创建对象各数据区域的声明:
方法区理解
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
👉【oracle官方文档】The Structure of the Java Virtual Machine
《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,但些简单的实现可能不会选择去进行垃圾收集或者进行压缩”。对HotSpot而言,方法区还有一个别名叫做Non-Heap(非堆),的就是要和堆分开。
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方法区(Method Area)同堆区一样,是各个线程共享的内存区域
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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
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方法区的大小和堆空间一样可以动态调整或者固定
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方法区的大小决定了系统可以加载多少个类。 如果系统定义的类太多,可能会产生OOM
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加载了大量的第三方jar包
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Tomcat部署的工程过多
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JDK7及之前:java.lang.OutOfMemoryError:PermGen [永久代]
JDK8及之后:java.lang.OutOfMemoryError:Metaspae [元空间]
- 关闭JVM就会释放方法区的内存
方法区的演进
在JDK7及以前,习惯上把方法区,称为永久代。JDK8开始,使用元空间取代了永久代。
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当年使用永久代,更容易导致Java程序更容易OOM。永久代仍然使用的是Java虚拟机的内存
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在JDK8中,类的元数据现在存储在本地内存中,这个空间被称为元空间。
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
【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】
Oracle官方文档说明:
👉JEP 122: Remove the Permanent Generation
【JDK8将永久代改为元空间,使用的是本地内存】
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相对于虚拟机的内存,本地内存空间更大,更不容易出现OOM
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永久代、元空间二者并不只是名字变了,内部结构也调整了
永久代为什么要被替换为元空间
【Oracle官方解释】
【翻译】这是JRockit和Hotspot聚合工作的一部分。JRockit客户不需要配置永久生成(因为JRockit没有永久代),并且习惯于不配置永久生成。
好家伙,这解释果然是通俗易懂。收购了JRockit,为了用户方便,怎么喜欢怎么来呗!别人没有,我也不要了。。。
【解释】
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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
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对永久代进行调优是很困难的
方法区的设置与OOM
元数据区大小可以使用参数-XX:MetaspaceSize
和-XX:MaxMetaspaceSize
指定替代永久代原有的两个参数。
默认值依赖于平台。 windows下,-XX:MetaspaceSize
是21M,-XX:MaxMetaspaceSize
的值是 -1,即没有限制。
元空间与永久代不同,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
2. 方法区的内部结构
类加载器将Class文件加载到内存之后,将类的信息存储到方法区中。
方法区中存储的内容:
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类型信息(域信息、方法信息)
-
运行时常量池
类型信息
对每个加载的类型(类Class、接口 interface、枚举enum、注解 annotation),JM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
域信息
域信息,即为类的属性,成员变量
JVM必须在方法区中保存类所有的成员变量相关信息及声明顺序。
域的相关信息包括:域名称、域类型、域修饰符(pυblic、private、protected、static、final、volatile、transient的某个子集)
方法信息
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(或void)
-
方法参数的数量和类型(按顺序)
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方法的修饰符public、private、protected、static、final、synchronized、native,、abstract的一个子集
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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)。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
3. 运行时常量池
对字节码文件反编译之后,查看常量池相关信息:
注意:这里说的是常量池,而不是运行时常量池
运行时常量池VS常量池
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
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
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。
要弄清楚方法区的运行时常量池,需要理解清楚字节码中的常量池。
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信息外,还包含一项信息那就是常量池表( Constant pool table),包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。
常量池表Constant pool table:
在方活中对常量池表的符号引用
为什么需要常量池?
举例来说:
<span style="color:rgba(0, 0, 0, 0.75)"><span style="background-color:#f4f4f4"><span style="background-color:#fafafa"><span style="color:#000000"><code class="language-java"><span style="color:#0077aa">public</span> <span style="color:#0077aa">class</span> Solution <span style="color:#999999">{</span><span style="color:#0077aa">public</span> <span style="color:#0077aa">void</span> <span style="color:#dd4a68">method</span><span style="color:#999999">(</span><span style="color:#999999">)</span> <span style="color:#999999">{</span>System<span style="color:#999999">.</span>out<span style="color:#999999">.</span><span style="color:#dd4a68">println</span><span style="color:#999999">(</span><span style="color:#50a14f">"Hello"</span><span style="color:#999999">)</span><span style="color:#999999">;</span><span style="color:#999999">}</span>
<span style="color:#999999">}</span>
</code></span></span></span></span>
这段代码很简单,但是里面却使用了 String、 System、 PrintStream及Object等结构。如果代码多,引用到的结构会更多!这里就需要常暈池,将这些引用转变为符号引用,具体用到时,采取加载。
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。
4. 代码追踪方法区的使用
通过javap-v -p
反编译后查看字节码文件:
<span style="color:rgba(0, 0, 0, 0.75)"><span style="background-color:#f4f4f4"><span style="background-color:#fafafa"><span style="color:#000000"><code class="language-java"><span style="color:#0077aa">public</span> <span style="color:#0077aa">static</span> <span style="color:#0077aa">void</span> <span style="color:#dd4a68">main</span><span style="color:#999999">(</span>java<span style="color:#999999">.</span>lang<span style="color:#999999">.</span>String<span style="color:#999999">[</span><span style="color:#999999">]</span><span style="color:#999999">)</span><span style="color:#999999">;</span>descriptor<span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#999999">(</span><span style="color:#999999">[</span>Ljava<span style="color:#a67f59">/</span>lang<span style="color:#a67f59">/</span>String<span style="color:#999999">;</span><span style="color:#999999">)</span>Vflags<span style="color:#a67f59">:</span> ACC_PUBLIC<span style="color:#999999">,</span> ACC_STATICCode<span style="color:#a67f59">:</span><span style="color:#708090">//操作数栈 局部变量表 方法形参</span>stack<span style="color:#a67f59">=</span><span style="color:#986801">3</span><span style="color:#999999">,</span> locals<span style="color:#a67f59">=</span><span style="color:#986801">5</span><span style="color:#999999">,</span> args_size<span style="color:#a67f59">=</span><span style="color:#986801">1</span><span style="color:#986801">0</span><span style="color:#a67f59">:</span> sipush <span style="color:#986801">500</span> <span style="color:#708090">//将500压入操作数栈中</span><span style="color:#986801">3</span><span style="color:#a67f59">:</span> istore_1 <span style="color:#708090">//将操作数栈中的500存储到局部变量表的1号槽位(0号为形参args,如果</span><span style="color:#708090">//无形产则存放(this)</span><span style="color:#986801">4</span><span style="color:#a67f59">:</span> bipush <span style="color:#986801">100</span> <span style="color:#708090">//将100放入操作数栈中</span><span style="color:#986801">6</span><span style="color:#a67f59">:</span> istore_2 <span style="color:#708090">//将操作数栈中的100存储到局部变量表的2号槽位</span><span style="color:#986801">7</span><span style="color:#a67f59">:</span> iload_1 <span style="color:#708090">//读取局部变量表1号Slot(槽位),将数据500压入操作数栈</span><span style="color:#986801">8</span><span style="color:#a67f59">:</span> iload_2 <span style="color:#708090">//读取局部变量表2号Slot,将数据100压入操作数栈</span><span style="color:#986801">9</span><span style="color:#a67f59">:</span> idiv <span style="color:#708090">//先出栈,对栈中500和100做除法,将结果5再存入栈中(500和100不再进栈)</span><span style="color:#986801">10</span><span style="color:#a67f59">:</span> istore_3 <span style="color:#708090">//操作数栈中的5存储到局部变量表的3号槽位</span><span style="color:#986801">11</span><span style="color:#a67f59">:</span> bipush <span style="color:#986801">50</span> <span style="color:#708090">//定义一个int类型的变量值为50</span><span style="color:#986801">13</span><span style="color:#a67f59">:</span> istore <span style="color:#986801">4</span> <span style="color:#708090">//存储到局部变量表的4号槽位</span><span style="color:#986801">15</span><span style="color:#a67f59">:</span> getstatic #<span style="color:#986801">2</span> <span style="color:#708090">//符号引用做赋值(#31,#32,#33)</span><span style="color:#986801">18</span><span style="color:#a67f59">:</span> iload_3 <span style="color:#708090">//将局部变量表3号Slot的数取出(5)</span><span style="color:#986801">19</span><span style="color:#a67f59">:</span> iload <span style="color:#986801">4</span> <span style="color:#708090">//将局部变量表4号Slot的数取出(50)</span><span style="color:#986801">21</span><span style="color:#a67f59">:</span> iadd <span style="color:#708090">//出栈,对栈中5和50做加法,将结果55再存入栈中(500和100不再进栈)</span><span style="color:#986801">22</span><span style="color:#a67f59">:</span> invokevirtual #<span style="color:#986801">3</span> <span style="color:#708090">// Method java/io/PrintStream.println:(I)V符号引用做输出</span><span style="color:#708090">// (#34,#35,#36)</span><span style="color:#986801">25</span><span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#0077aa">return</span> <span style="color:#708090">//将计算结果返回,结束方法的调用</span>LineNumberTable<span style="color:#a67f59">:</span>line <span style="color:#986801">10</span><span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#986801">0</span>line <span style="color:#986801">11</span><span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#986801">4</span>line <span style="color:#986801">12</span><span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#986801">7</span>line <span style="color:#986801">13</span><span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#986801">11</span>line <span style="color:#986801">14</span><span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#986801">15</span>line <span style="color:#986801">15</span><span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#986801">25</span>LocalVariableTable<span style="color:#a67f59">:</span>Start Length Slot Name Signature<span style="color:#986801">0</span> <span style="color:#986801">26</span> <span style="color:#986801">0</span> args <span style="color:#999999">[</span>Ljava<span style="color:#a67f59">/</span>lang<span style="color:#a67f59">/</span>String<span style="color:#999999">;</span><span style="color:#986801">4</span> <span style="color:#986801">22</span> <span style="color:#986801">1</span> x I<span style="color:#986801">7</span> <span style="color:#986801">19</span> <span style="color:#986801">2</span> y I<span style="color:#986801">11</span> <span style="color:#986801">15</span> <span style="color:#986801">3</span> a I<span style="color:#986801">15</span> <span style="color:#986801">11</span> <span style="color:#986801">4</span>
b ISourceFile<span style="color:#a67f59">:</span> <span style="color:#50a14f">"Solution.java"</span>
</code></span></span></span></span>
【详解】:
内存操作图解
1.将500压入操作数栈中
2.将操作数栈中的500存储到局部变量表的1号槽位(0号为形参args,如果无形产则存放(this)
3.将100放入操作数栈中
4.将操作数栈中的100存储到局部变量表的2号槽位
5.读取局部变量表1号Slot(槽位),将数据500压入操作数栈
6.读取局部变量表2号Slot,将数据100压入操作数栈
7.先出栈,对栈中数据500和100做除法,将结果5再存入栈中(500和100不再进栈)
8.操作数栈中的5存储到局部变量表的3号槽位
9.定义一个int类型的变量值为50
10.存储到局部变量表的4号槽位
11.真正在执行时,将符号引用转为直接引用
12.将局部变量表3号Slot的数取出(5)
13.将局部变量表4号Slot的数取出(50)
14.出栈,对栈中数据5和50做加法,将结果55再存入栈中(500和100不再进栈)
15.符号引用做输出(#34,#35,#36)
16.将计算结果返回,结束方法的调用
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