1、栈、堆、方法区的交互关系
从线程共享与否的角度来看
ThreadLocal：如何保证多个线程在并发环境下的安全性？典型场景就是数据库连接管理，以及会话管理。
堆和元空间：会有OOM和GC
虚拟机栈和本地方法栈会有SOF
程序计数器不会有异常，也不会有GC。
下图设计到了对象的访问定位
- Person 类的 .class 信息存放在方法区中
- person 变量存放在 Java 栈的局部变量表中
- 真正的 person 对象存放在 Java 堆中
- 在 person 对象中，有个指针指向方法区中的 person 类型数据，表明这个 person 对象是用方法区中的 Person 类 new 出来的
2、方法区的理解
方法区在哪里
《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，但一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。但对于HotSpotJVM而言，方法区还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分开。
所以，方法区可以看作是一块独立于Java堆的内存空间。
方法区的基本理解
方法区主要存放的是 Class，而堆中主要存放的是实例化的对象
- 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域(会有线程安全问题)。(多个线程同时加载统一个类时，只能有一个线程能加载该类，其他线程只能等等待该线程加载完毕，然后直接使用该类，即类只能加载一次。)这样就保证了线程安全，至于怎么实现的，不清楚。
- 方法区在JVM启动的时候被创建，并且它的实际的物理内存空间中和Java堆区一样都可以是不连续的。
- 方法区的大小，跟堆空间一样，可以选择固定大小或者可扩展。
- 方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出(如果是扩展的，但又没有地方扩展了，就又溢出)，虚拟机同样会抛出内存溢出错误：
java.lang.OutofMemoryError:PermGen space或者java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace- 加载大量的第三方的jar包 -- 这些类会放到元空间
- Tomcat部署的工程过多（30~50个）
- 大量动态的生成反射类
- 关闭JVM就会释放这个区域的内存。
简单类代码举例：
public class MethodAreaDemo { public static void main(String[] args) { System.out.println("start..."); try { Thread.sleep(1000000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("end..."); } }
简单的程序，加载了1600多个类(动态变化，基本这个数)。
这些加载的类都要放在方法去，如果加载的过多，则会报OOM异常。
Hotspot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。我们可以将方法区类比为Java中的接口，将永久代或元空间类比为Java中具体的实现类。在JDK8的官方手册上，有这样一句话：In JDK8, classes metadata is now stored in the native heap and this space is called Metaspace.注意，元空间使用的是本地的物理内存，不再是Java虚拟机的内存。 本质上，方法区和永久代并不等价（方法区是官方定义的区域，永久代是其实现，这是在Hotspot中的实现，其它虚拟机可能不叫永久代）。仅是对Hotspot而言的可以看作等价。《Java虚拟机规范》对如何实现方法区，不做统一要求。例如：BEAJRockit / IBM J9 中不存在永久代的概念。
- 现在来看，当年使用永久代，不是好的idea。导致Java程序更容易OOm（超过-XX:MaxPermsize上限）。而JRockit和J9的方法区可以达到几个G，不容易OOM。
- 而到了JDK8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Metaspace）来代替。JRockit运行速度公认是最快的，Oracl就将其与Hotspot整合，此时就改叫元空间，元空间使用的是本地的物理内存，不是Java虚拟机内存。J9速度快，只是对自家产品，其兼容性不是很好。如果是扩容的，元空间的最大内存可以说是本地内存的最大值，就更不容易OOM了。
- 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。
- 永久代、元空间二者并不只是名字变了，内部结构也调整了
- 根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OOM异常。即使用了本地内存，还是有超出上限的可能，还会报。
3、设置方法区大小与OOM
堆空间设置参数相对较多，因为有新生代和老年代，新生代又分为Eden、Survior1和Survior2.
方法区的大小不必是固定的，JVM可以根据应用的需要动态调整。
- jdk7及以前：
- 通过-XX:Permsize来设置永久代初始分配空间。默认值是20.75M
- -XX:MaxPermsize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M，64位机器模式是82M
- 当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报异常OutofMemoryError:PermGen space。
- jdk8及以后
- 元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 指定
- 默认值依赖于平台，Windows下，-XX:MetaspaceSize 约为21M，-XX:MaxMetaspaceSize的值是-1，即没有限制，是本地内存的最大值
- 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
- -XX:MetaspaceSize：设置初始的元空间大小。对于一个 64位 的服务器端 JVM 来说，其默认的 -XX:MetaspaceSize值为21MB。这就是初始的高水位线(这个高水平线是叫法，不是指21M是高)，一旦触及这个水位线，Full GC将会被触发并卸载没用的类（即这些类对应的类加载器不再存活），然后这个高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放了多少元空间。如果释放的空间不足，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。如果释放空间过多，则适当降低该值
- 如果初始化的高水位线设置过低，上述高水位线调整情况会发生很多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到Full GC多次调用。为了避免频繁地GC，建议将-XX:MetaspaceSize设置为一个相对较高的值
方法区OOM
举例：代码：OOMTest 类继承 ClassLoader 类，获得 defineClass() 方法，可自己进行类的加载
package com.atguigu.java; import jdk.internal.org.objectweb.asm.ClassWriter; import jdk.internal.org.objectweb.asm.Opcodes; /** * jdk6/7中： * -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m * * jdk8中： * -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m * */ // 这里是通过定义字节码的方式生成类 public class OOMTest extends ClassLoader { public static void main(String[] args) { int j = 0; try { OOMTest test = new OOMTest(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { //创建ClassWriter对象，用于生成类的二进制字节码 ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0); //指明版本号，修饰符，类名，包名，父类，接口 classWriter.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null); //返回byte[] byte[] code = classWriter.toByteArray(); //类的加载 test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length);//Class对象 j++; } } finally { System.out.println(j); } } }
上面的运行没有设置VM参数(即动态地分配方法区空间大小)，运行结果：元空间创建并加载了1万个类
10000
再次运行，设置VM参数：-XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m，此时就报了OOM。
3331 Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Compressed class space at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642) at com.atguigu.java.OOMTest.main(OOMTest.java:28)
如何解决这些OOM？
这个属于调优问题，这里先简单说明一下
- 要解决OOM异常或heap space的异常，一般的手段是首先通过内存映像分析工具（如Ec1ipse Memory Analyzer）对dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）
- 内存泄漏就是有大量的引用指向某些对象，但是这些对象以后不会使用了，但是因为它们还和GC ROOT有关联，所以导致以后这些对象也不会被回收，这就是内存泄漏的问题
- 如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息，以及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。
- 如果不存在内存泄漏，换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（-Xmx与-Xms），与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。
4、方法区的内部结构
方法区存储什么？
《深入理解Java虚拟机》书中对方法区（Method Area）存储内容描述如下：它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。下面这个图多了域信息和方法信息，你可以把他当做是涵盖在方法当中的。这些要记住，但也不要死记硬背，随着JDK版本的更新，Java虚拟机规范也做了一些调整。比如运行时常量池中的StringTable位置就变化了。只能说这里的几个信息是比较标准的，或者说是经典的。
类型信息
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以下类型信息：
- 这个类型的完整有效名称（全名=包名.类名）
- 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）
- 这个类型的修饰符（public，abstract，final的某个子集）
- 这个类型直接接口的一个有序列表(即知道先写的是哪个，后写的是哪个)
域信息
也就是我们常说的成员变量，域信息是比较官方的说法
-
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（包括 void 返回类型），void 在 Java 中对应的为 void.class
- 方法参数的数量和类型（按顺序）
- 方法的修饰符（public，private，protected，static，final，synchronized，native，abstract的一个子集）
- 方法的字节码（bytecodes）--（即算是方法的实体了）、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），异常表记录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
上面这么说可能有点干，下面我们举例子
package com.atguigu.java; import java.io.Serializable; /** * 测试方法区的内部构成 */ public class MethodInnerStrucTest extends Object implements Comparable<String>, Serializable { //属性 public int num = 10; private static String str = "测试方法的内部结构"; //构造器 可以没有写，则默认提供一个空参的构造器 //方法 public void test1(){ int count = 20; System.out.println("count = " + count); } public static int test2(int cal){ int result = 0; try { int value = 30; result = value / cal; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return result; } @Override public int compareTo(String o) { return 0; } }
对上面程序编译：找到IDEA中生成的Class文件，右键Open in terminal，然后输入命令javap -v -p MethodInnerStrucTest.class > test.txt，此时就会生成一个test.txt文件。这里的-p是指翻译class字节码文件时，私有属性也要翻译。最后的> test.txt是指将该文件转化为txt文件保存。
Classfile /D:/IDEAworkspace/shangguigu/JVMDemo/chapter09/target/classes/com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.class Last modified 2021-3-4; size 1626 bytes MD5 checksum ab15e7f2ce32e94b94e65770ccff2c70 Compiled from "MethodInnerStrucTest.java" public class com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest extends java.lang.Object implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable // 类型信息 minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool: #1 = Methodref #18.#52 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #17.#53 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.num:I #3 = Fieldref #54.#55 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; #4 = Class #56 // java/lang/StringBuilder #5 = Methodref #4.#52 // java/lang/StringBuilder."<init>":()V #6 = String #57 // count = #7 = Methodref #4.#58 // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; #8 = Methodref #4.#59 // java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder; #9 = Methodref #4.#60 // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; #10 = Methodref #61.#62 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V #11 = Class #63 // java/lang/Exception #12 = Methodref #11.#64 // java/lang/Exception.printStackTrace:()V #13 = Class #65 // java/lang/String #14 = Methodref #17.#66 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.compareTo:(Ljava/lang/String;)I #15 = String #67 // 测试方法的内部结构 #16 = Fieldref #17.#68 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.str:Ljava/lang/String; #17 = Class #69 // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest #18 = Class #70 // java/lang/Object #19 = Class #71 // java/lang/Comparable #20 = Class #72 // java/io/Serializable #21 = Utf8 num #22 = Utf8 I #23 = Utf8 str #24 = Utf8 Ljava/lang/String; #25 = Utf8 <init> #26 = Utf8 ()V #27 = Utf8 Code #28 = Utf8 LineNumberTable #29 = Utf8 LocalVariableTable #30 = Utf8 this #31 = Utf8 Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest; #32 = Utf8 test1 #33 = Utf8 count #34 = Utf8 test2 #35 = Utf8 (I)I #36 = Utf8 value #37 = Utf8 e #38 = Utf8 Ljava/lang/Exception; #39 = Utf8 cal #40 = Utf8 result #41 = Utf8 StackMapTable #42 = Class #63 // java/lang/Exception #43 = Utf8 compareTo #44 = Utf8 (Ljava/lang/String;)I #45 = Utf8 o #46 = Utf8 (Ljava/lang/Object;)I #47 = Utf8 <clinit> #48 = Utf8 Signature #49 = Utf8 Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable<Ljava/lang/String;>;Ljava/io/Serializable; #50 = Utf8 SourceFile #51 = Utf8 MethodInnerStrucTest.java #52 = NameAndType #25:#26 // "<init>":()V #53 = NameAndType #21:#22 // num:I #54 = Class #73 // java/lang/System #55 = NameAndType #74:#75 // out:Ljava/io/PrintStream; #56 = Utf8 java/lang/StringBuilder #57 = Utf8 count = #58 = NameAndType #76:#77 // append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; #59 = NameAndType #76:#78 // append:(I)Ljava/lang/StringBuilder; #60 = NameAndType #79:#80 // toString:()Ljava/lang/String; #61 = Class #81 // java/io/PrintStream #62 = NameAndType #82:#83 // println:(Ljava/lang/String;)V #63 = Utf8 java/lang/Exception #64 = NameAndType #84:#26 // printStackTrace:()V #65 = Utf8 java/lang/String #66 = NameAndType #43:#44 // compareTo:(Ljava/lang/String;)I #67 = Utf8 测试方法的内部结构 #68 = NameAndType #23:#24 // str:Ljava/lang/String; #69 = Utf8 com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest #70 = Utf8 java/lang/Object #71 = Utf8 java/lang/Comparable #72 = Utf8 java/io/Serializable #73 = Utf8 java/lang/System #74 = Utf8 out #75 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; #76 = Utf8 append #77 = Utf8 (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; #78 = Utf8 (I)Ljava/lang/StringBuilder; #79 = Utf8 toString #80 = Utf8 ()Ljava/lang/String; #81 = Utf8 java/io/PrintStream #82 = Utf8 println #83 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V #84 = Utf8 printStackTrace {
// 域信息 public int num; descriptor: I flags: ACC_PUBLIC private static java.lang.String str; descriptor: Ljava/lang/String; flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC
//方法信息，包括构造器 public com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest(); // 构造器 descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: aload_0 5: bipush 10 7: putfield #2 // Field num:I 10: return LineNumberTable: line 7: 0 line 10: 4 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 11 0 this Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest; public void test1(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=3, locals=2, args_size=1 这是操作数栈的深度，局部变量表的大小和参数args_size=1是指this，因为是非静态方法 0: bipush 20 2: istore_1 3: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 6: new #4 // class java/lang/StringBuilder 9: dup 10: invokespecial #5 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 13: ldc #6 // String count = 15: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 18: iload_1 19: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder; 22: invokevirtual #9 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 25: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 28: return LineNumberTable: line 15: 0 line 16: 3 line 17: 28 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 29 0 this Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest; 3 26 1 count I public static int test2(int); descriptor: (I)I flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=3, args_size=1 0: iconst_0 1: istore_1 2: bipush 30 4: istore_2 5: iload_2 6: iload_0 7: idiv 8: istore_1 9: goto 17 12: astore_2 13: aload_2 14: invokevirtual #12 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V 17: iload_1 18: ireturn Exception table: from to target type 2 9 12 Class java/lang/Exception LineNumberTable: line 19: 0 line 21: 2 line 22: 5 line 25: 9 line 23: 12 line 24: 13 line 26: 17 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 5 4 2 value I 13 4 2 e Ljava/lang/Exception; 0 19 0 cal I 2 17 1 result I StackMapTable: number_of_entries = 2 frame_type = 255 /* full_frame */ offset_delta = 12 locals = [ int, int ] stack = [ class java/lang/Exception ] frame_type = 4 /* same */ public int compareTo(java.lang.String); descriptor: (Ljava/lang/String;)I flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=2, args_size=2 0: iconst_0 1: ireturn LineNumberTable: line 31: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 2 0 this Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest; 0 2 1 o Ljava/lang/String; public int compareTo(java.lang.Object); descriptor: (Ljava/lang/Object;)I flags: ACC_PUBLIC, ACC_BRIDGE, ACC_SYNTHETIC Code: stack=2, locals=2, args_size=2 0: aload_0 1: aload_1 2: checkcast #13 // class java/lang/String 5: invokevirtual #14 // Method compareTo:(Ljava/lang/String;)I 8: ireturn LineNumberTable: line 7: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 9 0 this Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest; static {}; descriptor: ()V flags: ACC_STATIC Code: stack=1, locals=0, args_size=0 0: ldc #15 // String 测试方法的内部结构 2: putstatic #16 // Field str:Ljava/lang/String; 5: return LineNumberTable: line 11: 0 } Signature: #49 // Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable<Ljava/lang/String;>;Ljava/io/Serializable; SourceFile: "MethodInnerStrucTest.java"
我们这里需要明白，上面的文件并不是元空间中的内容。其实字节码文件经过翻译后出来的信息。合格字节码文件后面会被加载到元空间。我们可以由此看到元空间拥有的内容。
上面我们提到了类型信息、域信息和方法信息都在里面。还有异常表，可以看到这个异常表是在方法里面的。
non-final的类型变量
-
静态变量和类关联在一起，随着类的加载而加载，他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
举例：
- 如下代码所示，即使我们把order设置为null，也不会出现空指针异常 -- 下面的代码编译器是爆红的。但是依然可以运行。
- 这更加表明了 static 类型的字段和方法随着类的加载而加载，并不属于特定的类实例
public class MethodAreaTest { public static void main(String[] args) { Order order = null; order.hello(); System.out.println(order.count); } } class Order { public static int count = 1; public static final int number = 2; public static void hello() { System.out.println("hello!"); } }
补充知识：全局常量
讲上面的是为了讲这个
-
全局常量就是使用 static final 进行修饰
-
被声明为final的类变量的处理方法则不同，每个全局常量在编译的时候就会被分配了。
查看上面代码，这部分的字节码指令
class Order { public static int count = 1; public static final int number = 2; ... }
字节码文件
Classfile /D:/IDEAworkspace/shangguigu/JVMDemo/chapter09/target/classes/com/atguigu/java/Order.class Last modified 2021-3-5; size 615 bytes MD5 checksum 463ed79085d92c649907dc85ccd5ded7 Compiled from "MethodAreaTest.java" class com.atguigu.java.Order minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_SUPER Constant pool: #1 = Methodref #7.#24 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #25.#26 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; #3 = String #27 // hello! #4 = Methodref #28.#29 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V #5 = Fieldref #6.#30 // com/atguigu/java/Order.count:I #6 = Class #31 // com/atguigu/java/Order #7 = Class #32 // java/lang/Object #8 = Utf8 count #9 = Utf8 I #10 = Utf8 number #11 = Utf8 ConstantValue #12 = Integer 2 #13 = Utf8 <init> #14 = Utf8 ()V #15 = Utf8 Code #16 = Utf8 LineNumberTable #17 = Utf8 LocalVariableTable #18 = Utf8 this #19 = Utf8 Lcom/atguigu/java/Order; #20 = Utf8 hello #21 = Utf8 <clinit> #22 = Utf8 SourceFile #23 = Utf8 MethodAreaTest.java #24 = NameAndType #13:#14 // "<init>":()V #25 = Class #33 // java/lang/System #26 = NameAndType #34:#35 // out:Ljava/io/PrintStream; #27 = Utf8 hello! #28 = Class #36 // java/io/PrintStream #29 = NameAndType #37:#38 // println:(Ljava/lang/String;)V #30 = NameAndType #8:#9 // count:I #31 = Utf8 com/atguigu/java/Order #32 = Utf8 java/lang/Object #33 = Utf8 java/lang/System #34 = Utf8 out #35 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; #36 = Utf8 java/io/PrintStream #37 = Utf8 println #38 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V {
// 这是两个属性 public static int count; descriptor: I flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC public static final int number; descriptor: I flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL ConstantValue: int 2 com.atguigu.java.Order(); descriptor: ()V flags: Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 11: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lcom/atguigu/java/Order; public static void hello(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=0, args_size=0 0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #3 // String hello! 5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: return LineNumberTable: line 17: 0 line 18: 8 static {}; descriptor: ()V flags: ACC_STATIC Code: stack=1, locals=0, args_size=0 0: iconst_1 1: putstatic #5 // Field count:I 4: return LineNumberTable: line 12: 0 } SourceFile: "MethodAreaTest.java"
可以发现 staitc和final同时修饰的number 的值在编译上的时候已经写死在字节码文件中了。而static修饰的静态变量没有写。其实我们知道对于静态变量是在链接的准备期初始化并分配默认值的，而在初始化其进行初始化。但是静态常量是在字节码文件生成时就已经确定了值，这个值已经在编译器就写死在字节码文件中了。
运行时常量池VS常量池
我们知道方法区，除了有类型信息，域信息，方法信息，静态变量(静态常量呢？应该也是有的把)，还有运行时常量池和JIT代码缓存。其中运行时常量池是方法区中非常重要的一部分。
- 方法区，内部包含了运行时常量池
- 字节码文件，内部包含了常量池。（之前的字节码文件中已经看到了很多Constant pool的东西，这个就是常量池，要想弄清楚运行时常量池，就要弄清楚常量池）
- 要弄清楚方法区，需要理解清楚ClassFile，因为加载类的信息都在方法区。
- 要弄清楚方法区的运行时常量池，需要理解清楚ClassFile中的常量池。因为常量池加载到方法区后就成了运行时常量池。
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符信息外。还包含一项信息就是常量池表（Constant Pool Table），包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。
- 字面量： 10 ， “我是某某”这种数字和字符串都是字面量
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)，包含各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。
字面量举例:红色字样都是字面量。橙色：都是类型信息(???)。
package com.atguigu.java; import java.io.Serializable; /** * 测试方法区的内部构成 */ public class MethodInnerStrucTest extends Object implements Comparable<String>, Serializable { //属性 public int num = 10; private static String str = "测试方法的内部结构"; //构造器 可以没有写，则默认提供一个空参的构造器 //方法 public void test1(){ int count = 20; System.out.println("count = " + count); } public static int test2(int cal){ int result = 0; try { int value = 30; result = value / cal; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return result; } @Override public int compareTo(String o) { return 0; } }
为什么需要常量池？
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，之前有介绍
比如：下面的代码：
public class SimpleClass { public static void main(String[] args) { System.out.println("hello"); } }
虽然上面这个Java文件只有194字节，但是里面却使用了String、System、PrintStream及Object等结构(这些类还会用到其它类)。这里代码量其实已经很小了。如果代码多，引用到的结构会更多！这里就需要常量池了！如果我们把这些文件都放在字节码文件中，显然是不现实的，那常量池得多大。因此就需要符号引用。常量池里面的就是符号引用。其实就是一个符号。
常量池中有什么？
几种在常量池内存储的数据类型包括：
- 数量值
- 字符串值
- 类引用
- 字段引用
- 方法引用
小结：
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。
运行时常量池
- 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。
- 常量池表（Constant Pool Table）是Class字节码文件的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。（运行时常量池就是常量池在程序运行时的称呼）
- 运行时常量池，在加载类和接口到虚拟机后，就会创建对应的运行时常量池。
- JVM为每个已加载的类型（类或接口）都维护一个常量池。池中的数据项像数组项一样，是通过索引访问的。
- 运行时常量池中包含多种不同的常量，包括编译期就已经明确的数值字面量，也包括到运行期解析后才能够获得的方法或者字段引用。此时不再是常量池中的符号地址了，这里换为真实地址。
- 运行时常量池，相对于Class文件常量池的另一重要特征是：具备动态性。 -- 意思是运行时常量池中除了有常量池中的内容，自己还会动态的拥有一些其它内容。比如String.intern()方法。运行时常量池除了这个String类，还有如果没有String字符串，还要在运行时常量池中加一个字符串。
- 运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表（symbol table），但是它所包含的数据却比符号表要更加丰富一些。
- 当创建类或接口的运行时常量池时，如果构造运行时常量池所需的内存空间超过了方法区所能提供的最大值，则JVM会抛OutofMemoryError异常。
5、方法区使用举例
public class MethodAreaDemo { public static void main(String[] args) { int x = 500; int y = 100; int a = x / y; int b = 50; System.out.println(a + b); } }
字节码
public class com.atguigu.java1.MethodAreaDemo minor version: 0 major version: 51 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool: #1 = Methodref #5.#24 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #25.#26 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; #3 = Methodref #27.#28 // java/io/PrintStream.println:(I)V #4 = Class #29 // com/atguigu/java1/MethodAreaDemo #5 = Class #30 // java/lang/Object #6 = Utf8 <init> #7 = Utf8 ()V #8 = Utf8 Code #9 = Utf8 LineNumberTable #10 = Utf8 LocalVariableTable #11 = Utf8 this #12 = Utf8 Lcom/atguigu/java1/MethodAreaDemo; #13 = Utf8 main #14 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #15 = Utf8 args #16 = Utf8 [Ljava/lang/String; #17 = Utf8 x #18 = Utf8 I #19 = Utf8 y #20 = Utf8 a #21 = Utf8 b #22 = Utf8 SourceFile #23 = Utf8 MethodAreaDemo.java #24 = NameAndType #6:#7 // "<init>":()V #25 = Class #31 // java/lang/System #26 = NameAndType #32:#33 // out:Ljava/io/PrintStream; #27 = Class #34 // java/io/PrintStream #28 = NameAndType #35:#36 // println:(I)V #29 = Utf8 com/atguigu/java1/MethodAreaDemo #30 = Utf8 java/lang/Object #31 = Utf8 java/lang/System #32 = Utf8 out #33 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; #34 = Utf8 java/io/PrintStream #35 = Utf8 println #36 = Utf8 (I)V { public com.atguigu.java1.MethodAreaDemo(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 这个参数是1，是指构造方法的形参个数是1个 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 7: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lcom/atguigu/java1/MethodAreaDemo; public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=3, locals=5, args_size=1 操作数栈是1，局部变量表是5.这个参数是1，是指main方法的形参个数是1个，下面的是整个方法的具体执行过程。 0: sipush 500 3: istore_1 4: bipush 100 6: istore_2 7: iload_1 8: iload_2 9: idiv 10: istore_3 11: bipush 50 13: istore 4 15: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 18: iload_3 19: iload 4 21: iadd 22: invokevirtual #3 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 25: return LineNumberTable: // 这个是上面的字节码指令地址和java代码行号的对应关系 line 9: 0 line 10: 4 line 11: 7 line 12: 11 line 13: 15 line 14: 25 LocalVariableTable: // 局部变量表，slot(槽)依次0,1,2,3,4.这说明每个变量占用一个槽。 Start Length Slot Name Signature 0 26 0 args [Ljava/lang/String; 4 22 1 x I 7 19 2 y I 11 15 3 a I 15 11 4 b I } SourceFile: "MethodAreaDemo.java"
图解字节码指令执行过程
1、初始状态
2、sipush 500，将500压入操作数栈中
3、弹出操作数栈站定500，保存到本地变量表1位置 (其实我们知道如果是非静态方法，则本地变量表第一个位置是this)
4、将100这个数值压入操作数栈
5、弹出操作数栈站定100，保存到本地变量表2位置
6、读取本地变量1，压入操作数栈
7、读取本地变量表2，压入操作数栈
8、下面这个就是除法操作，栈顶两个数据弹出，然后结果入栈
9、操作数栈站定数据出栈，然后进入本地变量表3位置。
10、将50压入操作数栈
11、操作数栈栈顶数据出栈，然后进入本地变量表4的位置
12、获取类或接口字段的值并将其推入操作数栈 #2 对应常量池中的Fieldref #15.#16 -- 这一句指System.out 其中还指出out是PrintStream类型
13、将本地变量表3和4的数据取出，压入操作数栈
14.、执行+操作，然后压入栈
15、这个是方法引用，就是println()方法
16、结束
6、方法区的演进细节
1、首先明确：只有HotSpot才有永久代。BEA JRockit、IBM J9等来说，是不存在永久代的概念的。原则上如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受《Java虚拟机规范》管束，并不要求统一。
2、Hotspot中方法区的变化：
JDK6
方法区由永久代实现，使用 JVM 虚拟机内存（虚拟的内存）
JDK7
方法区由永久代实现，使用JVM虚拟机内存(虚拟的内存) 静态变量和字符串常量放在了堆中
JDK8
方法区由元空间实现，使用物理机本地内存 --- 字符串常量和静态变量此时是放在堆中的
永久代为什么要被元空间替换？
- 随着Java8的到来，HotSpot VM中再也见不到永久代了。但是这并不意味着类的元数据信息也消失了。这些数据被移到了一个与堆不相连的本地内存区域，这个区域叫做元空间（Metaspace）。
- 由于类的元数据分配在本地内存中，元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间。
- 这项改动是很有必要的，原因有：
- 为永久代设置空间大小是很难确定的。在某些场景下，如果动态加载类过多，容易产生Perm区的OOM。比如某个实际Web工程中，因为功能点比较多，在运行过程中，要不断动态加载很多类，经常出现致命错误。
Exception in thread 'dubbo client x.x connector' java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space而元空间和永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。 因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。 - 对永久代进行调优时非常困难的(因此少出现full GC是最好的选择)。方法区的垃圾收集主要回收两部分内容：常量池中废弃的常量和不再用的类型(这个不再用的类型就是类了，这个判断比较苛刻，后面会学到），方法区的调优主要是为了降低full GC。
- 有些人认为方法区（如HotSpot虚拟机中的元空间或者永久代）是没有垃圾收集行为的，其实不然。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在（如JDK11时期的ZGC收集器就不支持类卸载）。
- 一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻**。但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。以前Sun公司的Bug列表中，曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。
- 为永久代设置空间大小是很难确定的。在某些场景下，如果动态加载类过多，容易产生Perm区的OOM。比如某个实际Web工程中，因为功能点比较多，在运行过程中，要不断动态加载很多类，经常出现致命错误。
字符串常量池
字符串常量池StringTable为什么要调整位置？
JDK7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收效率很低，在Full GC的时候才会执行永久代的垃圾回收(怎么感觉这里说的是频率)，而Full GC是老年代的空间不足、永久代不足时才会触发。这就导致StringTable回收效率不高，而我们开发中会有大量的字符串被创建，回收效率低，导致永久代内存不足。放到堆里，能及时回收内存。
静态变量放在哪里
对象实体在哪里放着？即new byte[1024 * 1024 * 100]；
/** * 结论： * 1、静态引用对应的对象实体(也就是这个new byte[1024 * 1024 * 100])始终都存在堆空间， * 2、只是那个变量(相当于下面的arr变量名)在JDK6,JDK7,JDK8存放位置中有所变化 * * jdk7： * -Xms200m -Xmx200m -XX:PermSize=300m -XX:MaxPermSize=300m -XX:+PrintGCDetails * jdk 8： * -Xms200m -Xmx200m -XX:MetaspaceSize=300m -XX:MaxMetaspaceSize=300m -XX:+PrintGCDetails */ public class StaticFieldTest { private static byte[] arr = new byte[1024 * 1024 * 100];//100MB public static void main(String[] args) { System.out.println(StaticFieldTest.arr); } }
jdk6环境下 存放在老年代中
jdk7环境下 存放在老年代中
jdk8环境下 对象仍然在老年代
结论：静态引用对应的对象实体始终都存在堆空间。其实只要是new的对象都存放在堆空间中。
变量(名)存放在哪里？
这个问题需要用JHSDB工具来进行分析，这个工具是JDK9开始自带的(JDK9以前没有)，在bin目录下可以找到
package com.atguigu.java1; /** * 《深入理解Java虚拟机》中的案例： * staticObj、instanceObj、localObj存放在哪里？ */ public class StaticObjTest { static class Test { static ObjectHolder staticObj = new ObjectHolder(); ObjectHolder instanceObj = new ObjectHolder(); void foo() { ObjectHolder localObj = new ObjectHolder(); System.out.println("done"); } } private static class ObjectHolder { } public static void main(String[] args) { Test test = new StaticObjTest.Test(); test.foo(); } }
从《Java虚拟机规范》所定义的概念模型来看，所有Class相关的信息都应该存放在方法区之中，但方法区该如何实现，《Java虚拟机规范》并未做出规定，这就成了一件允许不同虚拟机自己灵活把握的事情。JDK7及其以后版本的HotSpot虚拟机选择把静态变量与类型在Java语言一端的映射Class对象存放在一起，存储于Java堆之中，从我们的实验中也明确验证了这一点
7、方法区的垃圾回收
有些人认为方法区（如Hotspot虚拟机中的元空间或者永久代）是没有垃圾收集行为的，其实不然。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在（如JDK11时期的ZGC收集器就不支持类卸载）。
一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻。但是这部分区域的回收有时又确实是必要的（好矛盾）。以前sun公司的Bug列表中，曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。
方法区的垃圾收集主要回收两部分内容：常量池中废弃的常量和不再使用的类型。方法区中最重要的就是这两部分了，因此回收也是如此，一个是不再需要的类，一个是运行时常量池中不再使用的常量。
-
先来说说方法区内常量池之中主要存放的两大类常量：字面量和符号引用。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，包括下面三类常量：
- 类和接口的全限定名
- 字段的名称和描述符
- 方法的名称和描述符
-
HotSpot虚拟机对常量池的回收策略是很明确的，只要常量池中的常量没有被任何地方引用，就可以被回收。
-
回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。（关于常量的回收比较简单，重点是类的回收）
重要的是类的回收，下面也称作类卸载
1、判定一个常量是否“废弃”还是相对简单，而要判定一个类型是否属于“不再被使用的类”的条件就比较苛刻了。需要同时满足下面三个条件：
-
该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类及其任何派生子类的实例。
-
加载该类的类加载器已经被回收，这个条件除非是经过精心设计的可替换类加载器的场景，如OSGi、JSP的重加载等，否则通常是很难达成的。
-
该类对应的java.lang.Class对象(每个类对应一个大的Class实例，反射时会用到)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。
2、Java虚拟机被允许对满足上述三个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“被允许”，而并不是和对象一样，没有引用了就必然会回收。关于是否要对类型进行回收，HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc参数进行控制，还可以使用-verbose:class 以及 -XX：+TraceClass-Loading、-XX：+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息
3、在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。
8、总结
常见面试题
- 百度
- 三面：说一下JVM内存模型吧，有哪些区？分别干什么的？
- 蚂蚁金服：
- Java8的内存分代改进
- JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
- 一面：JVM内存分布/内存结构？栈和堆的区别？堆的结构？为什么两个survivor区？
- 二面：Eden和survior的比例分配
- 小米：
- jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代
- 字节跳动：
- 二面：Java的内存分区
- 二面：讲讲vm运行时数据库区
- 什么时候对象会进入老年代？
- 京东：
- JVM的内存结构，Eden和Survivor比例。
- JVM内存为什么要分成新生代，老年代，持久代。新生代中为什么要分为Eden和survivor。
- 天猫：
- 一面：Jvm内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。
- 一面：JVM的内存模型，Java8做了什么改
- 拼多多：
- JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
- 美团：
- java内存分配
- jvm的永久代中会发生垃圾回收吗？
- 一面：jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代？
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