Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)

• 1.JVM概述
• 2.程序計(jì)數(shù)器
• • 2.1.定義
  • 2.2.作用及特點(diǎn)解釋
• 3.虛擬機(jī)棧
• • 3.1.棧的特點(diǎn)
  • 3.2.棧的演示
  • 3.3.棧的問(wèn)題辨析
  • 3.4.棧的線(xiàn)程安全問(wèn)題
  • 3.5.棧內(nèi)存溢出(StackOverflowError)
  • 3.6.線(xiàn)程運(yùn)行診斷
  • • 3.6.1.案例1:cpu占用過(guò)多(linux系統(tǒng)為例)
    • 3.6.2.案例2:線(xiàn)程診斷_遲遲得不到結(jié)果
• 4.本地方法棧
• 5.堆
• • 5.1.定義
  • 5.2.堆內(nèi)存溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)
  • 5.3.堆內(nèi)存診斷
• 6.方法區(qū)
• • 6.1.定義
  • 6.2.定義
  • 6.3.方法區(qū)內(nèi)存溢出（OutOfMemoryError: Metaspace）
  • 6.4.常量池

1.JVM概述

定義：
JVM全稱(chēng)是Java Virtual Machine-java程序的運(yùn)行環(huán)境(java二進(jìn)制字節(jié)碼的運(yùn)行環(huán)境)

好處:

• 一次編寫(xiě)，到處運(yùn)行（跨平臺(tái)）
• 自動(dòng)內(nèi)存管理，垃圾回收功能
• 數(shù)組下標(biāo)越界檢查
• 多態(tài)

比較JVM,JRE,JDK之間的聯(lián)系和區(qū)別，我們可以用一張圖來(lái)解釋

JVM體系結(jié)構(gòu)如圖所示

一個(gè)類(lèi)從Java源代碼（.java文件）編譯成了Java二進(jìn)制字節(jié)碼以后，必須經(jīng)過(guò)類(lèi)加載器才能被加載到JVM里面才能運(yùn)行。
我們一般把類(lèi)放在方法區(qū)里。類(lèi)將來(lái)創(chuàng)建的對(duì)象放在堆的部分，而堆里面的對(duì)象在調(diào)用方法時(shí)會(huì)用到虛擬機(jī)棧和程序計(jì)數(shù)器以及本地方發(fā)展。
方法執(zhí)行時(shí)每行代碼是由執(zhí)行引擎中的解釋器逐行進(jìn)行執(zhí)行的。方法里面的熱點(diǎn)代碼也就是頻繁調(diào)用的代碼，由即時(shí)編譯器來(lái)編譯執(zhí)行。GC會(huì)對(duì)垃圾進(jìn)行回收。
我們可以通過(guò)本地方法接口來(lái)調(diào)用操作系統(tǒng)提供的功能。

JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)包括：
1.方法區(qū)
2.程序計(jì)數(shù)器
3.虛擬機(jī)棧
4.本地方法棧
5.堆

2.程序計(jì)數(shù)器

2.1.定義

Program Counter Register程序計(jì)數(shù)器(寄存器)
作用：
??是記住下一條jvm指令的執(zhí)行地址
特點(diǎn)
??是線(xiàn)程私有的
??不會(huì)存在內(nèi)存溢出(內(nèi)存結(jié)構(gòu)中唯一一個(gè)不會(huì)內(nèi)存溢出的結(jié)構(gòu))

在2.2中我們將會(huì)解釋程序計(jì)數(shù)器的作用及特點(diǎn)。

2.2.作用及特點(diǎn)解釋

 二進(jìn)制字節(jié)碼			JVM指令					Java源代碼 0: getstatic     #20                 // PrintStream out = System.out;   3: astore_1                          // -   4: aload_1                           // out.println(1);   5: iconst_1                          // -   6: invokevirtual #26                 // -   9: aload_1                           // out.println(2);   10: iconst_2                          // -  11: invokevirtual #26                 // -  14: aload_1                           // out.println(3);   15: iconst_3                          // -  16: invokevirtual #26                 // -  19: aload_1                           // out.println(4);   20: iconst_4                          // -  21: invokevirtual #26                 // -  24: aload_1                           // out.println(5);   25: iconst_5                          // -  26: invokevirtual #26                 // -  29: return

我們可以看到這些代碼，第一行System.out賦值給了一個(gè)變量，在4:中去調(diào)用println()方法。然后依次打印1,2,3,4,5。這些指令不能直接交給CPU來(lái)執(zhí)行，必須經(jīng)過(guò)解釋器的作用。它負(fù)責(zé)把一條一條的字節(jié)碼指令解釋成機(jī)器碼，然后機(jī)器碼就可以交給CPU來(lái)執(zhí)行。
也就是
二進(jìn)制字節(jié)碼->解釋器->機(jī)器碼->CPU
實(shí)際上程序計(jì)數(shù)器的作用就是在指令的執(zhí)行過(guò)程中，記住下一條JVM指令的執(zhí)行地址。
上面我們二進(jìn)制字節(jié)碼前面的數(shù)字0,3,4…我們可以把其理解為地址。根據(jù)這些地址信息，我們就可以找到命令來(lái)執(zhí)行。
在每次拿到指令交給CPU執(zhí)行之后，程序計(jì)數(shù)器就會(huì)把下一條指令的地址放入到程序計(jì)數(shù)器中，等一條指令執(zhí)行完成之后，解釋器就會(huì)到程序計(jì)數(shù)器中取到下一條指令的地址。再把其經(jīng)過(guò)解釋器解釋成機(jī)器碼然后交給CPU執(zhí)行。然后一直重復(fù)這樣的過(guò)程。
在物理上，實(shí)現(xiàn)程序計(jì)數(shù)器是通過(guò)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。寄存器是CPU組件里讀取最快的存儲(chǔ)單元。

程序計(jì)數(shù)器是線(xiàn)程私有的
假如說(shuō)上述代碼都在線(xiàn)程1中運(yùn)行，同時(shí)運(yùn)行的還有線(xiàn)程2和線(xiàn)程3，多個(gè)線(xiàn)程運(yùn)行的時(shí)候，CPU會(huì)給每個(gè)線(xiàn)程分配時(shí)間片，給線(xiàn)程1分配時(shí)間片，如果線(xiàn)程1在指定的時(shí)間沒(méi)有運(yùn)行完，它就會(huì)把狀態(tài)暫存，切換到線(xiàn)程2，線(xiàn)程2執(zhí)行自己的代碼。線(xiàn)程2執(zhí)行完了，再繼續(xù)執(zhí)行線(xiàn)程1的代碼，在線(xiàn)程切換的過(guò)程中，我們要記住下一條指令的執(zhí)行地址。就需要用到程序計(jì)數(shù)器。假如說(shuō)線(xiàn)程1剛開(kāi)始執(zhí)行到第9行代碼，恰好這個(gè)時(shí)候時(shí)間片用完，CPU切換到線(xiàn)程2去執(zhí)行，這時(shí)它就會(huì)把下一條指令的地址10記錄到程序計(jì)數(shù)器里面，而且程序計(jì)數(shù)器是線(xiàn)程私有的，它是屬于線(xiàn)程1的，等線(xiàn)程2代碼執(zhí)行完了，線(xiàn)程1搶到了時(shí)間片，它就會(huì)從自己的程序計(jì)數(shù)器里面取出下一行代碼。每個(gè)線(xiàn)程都有自己的程序計(jì)數(shù)器

3.虛擬機(jī)棧

3.1.棧的特點(diǎn)

棧類(lèi)似現(xiàn)實(shí)生活中的子彈夾。棧最重要的特點(diǎn)是后進(jìn)先出。

如圖，1是最先進(jìn)入棧中的，3是最后進(jìn)入棧中的，但是在出棧的時(shí)候，3最先出棧，1最后出棧。即他們按照1,2,3的順序入棧，按照3,2,1的順序出棧

虛擬機(jī)棧就是我們線(xiàn)程運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存空間，一個(gè)線(xiàn)程運(yùn)行時(shí)需要一個(gè)棧。如果將來(lái)有多個(gè)線(xiàn)程的話(huà)，它就會(huì)有多個(gè)虛擬機(jī)棧。
每個(gè)?？梢钥闯墒怯啥鄠€(gè)棧幀組成，例如上圖中每個(gè)元素1,2,3都可以看成是棧幀。
一個(gè)棧幀就對(duì)應(yīng)著Java中一個(gè)方法的調(diào)用，即棧幀就是每個(gè)方法運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存。每個(gè)方法運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存一般有參數(shù)，局部變量，返回地址，這些都需要占用內(nèi)存，所以每個(gè)方法執(zhí)行時(shí)，都要預(yù)先把這些內(nèi)存分配好。
當(dāng)我們調(diào)用第一個(gè)方法棧幀時(shí)，它就會(huì)給第一個(gè)方法分配棧幀空間，并且壓入棧內(nèi)，當(dāng)這個(gè)方法執(zhí)行完了，就會(huì)把這個(gè)方法棧幀出棧，釋放這個(gè)方法所占用的內(nèi)存。
一個(gè)棧內(nèi)可能有多個(gè)棧幀存在。

總結(jié)
Java Virtual Machine Stacks(Java虛擬機(jī)棧)

• 每個(gè)線(xiàn)程運(yùn)行時(shí)所需要的內(nèi)存，稱(chēng)為虛擬機(jī)棧
• 每個(gè)棧由多個(gè)棧幀(Frame)組成，對(duì)應(yīng)著每次方法調(diào)用時(shí)所占用的內(nèi)存
• 每個(gè)線(xiàn)程只能有一個(gè)活動(dòng)棧幀，對(duì)應(yīng)著當(dāng)前正在執(zhí)行的那個(gè)方法(位于棧頂)

活動(dòng)棧幀表示線(xiàn)程正在執(zhí)行的方法。

3.2.棧的演示

public class teststacks { 	public static void main(String[] args) throws InterruptedException{ 		method1(); 	} 	public static void method1(){ 		method2(1,2); 	} 	public static int method2(int a,int b){ 		int c=a+b; 		return c; 	}}

可以自行調(diào)試以上代碼來(lái)觀察棧中的變化情況。
入棧順序：main->method1->method2
出棧順序：method2->method1->main

3.3.棧的問(wèn)題辨析

1. 垃圾回收是否涉及棧內(nèi)存？
   不涉及，垃圾回收只是回收堆內(nèi)存中的無(wú)用對(duì)象，棧內(nèi)存不需要對(duì)它執(zhí)行垃圾回收，隨著方法的調(diào)用結(jié)束，棧內(nèi)存就釋放了。
2. 棧內(nèi)存分配越大越好嗎？
   首先棧內(nèi)存可以指定：-Xss size(如果不指定棧內(nèi)存大小，不同系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)不同的默認(rèn)值)
   其次由于電腦內(nèi)存一定，假如有100Mb,如果給棧內(nèi)存指定為2Mb,則最多只能存在50個(gè)線(xiàn)程，所以并不是越大越好，棧內(nèi)存較大一般是可以進(jìn)行較多次的方法遞歸調(diào)用，而不會(huì)增強(qiáng)線(xiàn)程效率，反而會(huì)使線(xiàn)程數(shù)量減少，一般使用默認(rèn)大小。

3.4.棧的線(xiàn)程安全問(wèn)題

看一個(gè)變量是否線(xiàn)程安全，首先就是看這個(gè)變量對(duì)多個(gè)線(xiàn)程是共享的還是私有的，共享的變量需要考慮線(xiàn)程安全。
其次局部變量也不能保證是線(xiàn)程安全的，需要看此變量是否逃離了方法的作用范圍(作為參數(shù)和返回值逃出方法作用范圍時(shí)需要考慮線(xiàn)程安全問(wèn)題)
例如：
以下代碼中局部變量是私有的，是線(xiàn)程安全的

	//多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)執(zhí)行該方法，會(huì)不會(huì)造成x值混亂呢？ 	//不會(huì)，因?yàn)閤是方法內(nèi)的局部變量，是線(xiàn)程私有的，互不干擾 	static void m1(){ 		int x=0; 		for(int i=0;i<5000;i++){ 			x++; 		} 		System.out.println(x); 	}

但是如果我們把變量的類(lèi)型改為static,此時(shí)就大不一樣了，x是靜態(tài)變量，線(xiàn)程1和線(xiàn)程2同時(shí)擁有同一個(gè)x，static變量針對(duì)多個(gè)線(xiàn)程是一個(gè)共享的，不加安全保護(hù)的話(huà)，就會(huì)出現(xiàn)線(xiàn)程安全問(wèn)題。

	static void m1(){ 		static int x=0; 		for(int i=0;i<5000;i++){ 			x++; 		} 		System.out.println(x); 	}

我們?cè)倏磶讉€(gè)方法

public static void main(String[] args) {         StringBuilder sb = new StringBuilder();         sb.append(4);         sb.append(5);         sb.append(6);         new Thread(()->{             m2(sb);         }).start();     }     public static void m1() {         StringBuilder sb = new StringBuilder();         sb.append(1);         sb.append(2);         sb.append(3);         System.out.println(sb.toString());     }     public static void m2(StringBuilder sb) {         sb.append(1);         sb.append(2);         sb.append(3);         System.out.println(sb.toString());     }     public static StringBuilder m3() {         StringBuilder sb = new StringBuilder();         sb.append(1);         sb.append(2);         sb.append(3);         return sb;     }

m1是線(xiàn)程安全的：m1中的sb是線(xiàn)程中的局部變量，它是屬于線(xiàn)程私有的
m2線(xiàn)程不安全：sb它是方法的參數(shù)，有可能有其它的線(xiàn)程訪問(wèn)到它，它就不再是線(xiàn)程私有的了，它對(duì)多個(gè)線(xiàn)程是共享的。
m3不是線(xiàn)程安全的:它被當(dāng)成返回結(jié)果返回了，返回了有可能其它的線(xiàn)程拿到這個(gè)對(duì)象，從而并發(fā)的修改。

3.5.棧內(nèi)存溢出(StackOverflowError)

什么情況下會(huì)導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出吶？
1.棧幀過(guò)多導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出(一般遞歸調(diào)用次數(shù)太多，進(jìn)棧太多導(dǎo)致溢出)
這里最容易出現(xiàn)的場(chǎng)景是函數(shù)的遞歸調(diào)用。
2.棧幀過(guò)大導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出(不太容易出現(xiàn))

棧內(nèi)存溢出代碼演示1(自己開(kāi)發(fā))：
測(cè)試以下的程序，其中遞歸函數(shù)沒(méi)有遞歸邊界

public class Demo1_2 { 	private static int count;     public static void main(String[] args) {         try {             method1();         } catch (Throwable e) {             e.printStackTrace();             System.out.println(count);         }     }     private static void method1() {         count++;         method1();     }}

運(yùn)行結(jié)果如下

…

這里報(bào)了錯(cuò)誤StackOverflowError。
總共進(jìn)行了22846次遞歸調(diào)用

idea中設(shè)置棧內(nèi)存大小：

將棧內(nèi)存設(shè)置的小一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)5000多次遞歸調(diào)用就溢出了。

棧內(nèi)存溢出代碼演示2(第三方依賴(lài)庫(kù)出現(xiàn))：

本案例可以使用JsonIgnore注解解決循環(huán)依賴(lài)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，只讓部門(mén)類(lèi)去關(guān)聯(lián)員工類(lèi)，員工類(lèi)不再關(guān)聯(lián)部門(mén)類(lèi)，在員工類(lèi)的部門(mén)屬性(dept)上加@JsonIgnore注解。具體使用詳情可以點(diǎn)擊此處查看

3.6.線(xiàn)程運(yùn)行診斷

3.6.1.案例1:cpu占用過(guò)多(linux系統(tǒng)為例)

排查步驟：

1.在linux中使用top命令，去查看后臺(tái)進(jìn)程對(duì)cpu的占用情況
注意，在這之前我們運(yùn)行了一道Java程序

Java代碼占用了CPU的99.3%.top命令只能定位到進(jìn)程，而無(wú)法定位到線(xiàn)程。

2.查看線(xiàn)程對(duì)cpu的占用情況：ps H -eo pid,tid,%cpu
如果顯示過(guò)多，可使用ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 進(jìn)程id,過(guò)濾掉不想看的部分進(jìn)程
注意：ps不僅可以查看進(jìn)程，也可以查看線(xiàn)程對(duì)CPU的占用情況。H把進(jìn)程中的線(xiàn)程所有信息都展示出來(lái)。-eo規(guī)定輸出感興趣的內(nèi)容，這里我們想看看pid,tid和CPU的占用情況%cpu

當(dāng)線(xiàn)程數(shù)太多，排查不方便的話(huà)，我們可以用grep pid來(lái)進(jìn)行篩選，過(guò)濾掉不感興趣的進(jìn)程
ps H -eo pid,tid,%cpu |grep 32655

3.定位到是哪個(gè)線(xiàn)程占用內(nèi)存過(guò)高后，再使用Jdk提供的命令(jstack+進(jìn)程id)去查看進(jìn)程中各線(xiàn)程的運(yùn)行信息，需要把第二步中查到的線(xiàn)程id(十進(jìn)制)轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制，然后進(jìn)行比較查詢(xún)到位置后判斷異常信息。

thread1,thread2,thread3是我們自己定義的線(xiàn)程。
可以根據(jù)線(xiàn)程id，找到有問(wèn)題的線(xiàn)程，進(jìn)一步定位到問(wèn)題代碼的源碼行號(hào)

3.6.2.案例2:線(xiàn)程診斷_遲遲得不到結(jié)果

仍然通過(guò)jdk提供的 jstack+進(jìn)程id的方式，去查看進(jìn)程中各個(gè)線(xiàn)程的運(yùn)行信息

4.本地方法棧

含義：Java虛擬機(jī)調(diào)用本地方法時(shí)，需要給本地方法提供的一些內(nèi)存空間
本地方法不是由Java編寫(xiě)的代碼，由于Java有時(shí)不能直接和操作系統(tǒng)打交道，所以需要用C/C++語(yǔ)言來(lái)與操作系統(tǒng)打交道，那么Java就可以通過(guò)調(diào)用本地方法來(lái)獲得這些功能。本地方法非常的多，如Object類(lèi)的clone()，hashCode方法，wait方法,notify方法等

public native int hashCode();

5.堆

5.1.定義

1.虛擬機(jī)棧，程序計(jì)數(shù)器，本地方法棧，這些都是線(xiàn)程私有的，而堆和方法區(qū)，是線(xiàn)程公用的一塊內(nèi)存區(qū)域。
2.通過(guò)new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對(duì)象都會(huì)使用堆內(nèi)存
3.由于堆是線(xiàn)程共享的，堆內(nèi)的對(duì)象都要考慮線(xiàn)程安全問(wèn)題(也有一些例外)
4.堆有垃圾回收機(jī)制，不再被引用的對(duì)象會(huì)被回收

5.2.堆內(nèi)存溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)

對(duì)象一直存在于堆中未被回收，且占用內(nèi)存越來(lái)越大，最終導(dǎo)致堆內(nèi)存溢出(雖然堆中有垃圾回收機(jī)制，但垃圾回收機(jī)制不是回收所有的對(duì)象)
我們可以看看下面的代碼

public static void main(String[] args) {         int i = 0;         try {             List<String> list = new ArrayList<>();             String a = "hello";             while (true) {                 list.add(a); // hello, hellohello, hellohellohellohello ...                 a = a + a;  // hellohellohellohello                 i++;             }         } catch (Throwable e) {             e.printStackTrace();             System.out.println(i);         }}

報(bào)了錯(cuò)誤java.lang.OutOfMemoryError
代碼中每次都拼接一個(gè)hello，由于定義的list集合創(chuàng)建在try語(yǔ)句里面，所以在for循環(huán)不斷執(zhí)行過(guò)程中，list集合是不會(huì)被回收的，只要程序還沒(méi)到catch之前，它就一直有效。而字符串對(duì)象都被追加到了集合內(nèi)部，字符串對(duì)象由于一直被使用，所以不會(huì)被回收。
我們可以通過(guò)-Xmx來(lái)設(shè)置堆空間大小。

我們把堆內(nèi)存改成8M(之前內(nèi)存是4G),此時(shí)只運(yùn)行了17次。

5.3.堆內(nèi)存診斷

1.jps工具：jps,查看當(dāng)前進(jìn)程中有哪些Java進(jìn)程，并將進(jìn)程id顯示出來(lái)(idea中通過(guò)terminal命令行輸入命令)
2.jmap工具：jmap -heap 進(jìn)程id 查詢(xún)某一個(gè)時(shí)刻堆內(nèi)存的占用情況
3.jconsole工具:圖形界面的，多功能監(jiān)測(cè)工具，可連續(xù)監(jiān)測(cè)，使用流程圖如下(1-2-3)：

6.方法區(qū)

6.1.定義

方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線(xiàn)程共享的內(nèi)存區(qū)域，他用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息、常量、靜態(tài)常量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。(與類(lèi)有關(guān)的信息)。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分，但是他卻有一個(gè)別名叫做Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開(kāi)來(lái)。方法區(qū)在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。
對(duì)于習(xí)慣在HotSpot虛擬機(jī)上開(kāi)發(fā)、部署程序的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，很多都更愿意把方法取稱(chēng)為“永久代”（Permanent Generation），本質(zhì)上兩者并不等價(jià)，僅僅是因?yàn)镠otSpot虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說(shuō)使用永久代來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)而已，這樣HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一樣管理這部分內(nèi)存，能夠省去專(zhuān)門(mén)為方法區(qū)編寫(xiě)內(nèi)存管理代碼的工作。對(duì)于其他虛擬機(jī)（如BEA JRockit、IBM J9等）來(lái)說(shuō)是不存在永久代的概念的。原則上，如何實(shí)現(xiàn)方法區(qū)屬于虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，不受虛擬機(jī)規(guī)范約束，但使用永久代來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，現(xiàn)在看來(lái)并不是一個(gè)好主意，因?yàn)檫@樣更容易遇到內(nèi)存溢出問(wèn)題（永久代有-XX:MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要沒(méi)有觸碰到進(jìn)程可用內(nèi)存的上限，例如32位系統(tǒng)中的4GB，就不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題），而且有極少數(shù)方法（例如String.intern()）會(huì)因這個(gè)原因?qū)е虏煌摂M機(jī)下有不同的表現(xiàn)。因此，對(duì)于HotSpot虛擬機(jī)，根據(jù)官方發(fā)布的路線(xiàn)圖信息，現(xiàn)在也已放棄永久代并逐步改為采用Navtive Memory來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)的規(guī)劃，在JDK1.7的HostSpot中，已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池移出,jdk1.8中后稱(chēng)作元空間，用的操作系統(tǒng)內(nèi)存。
Java虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)方法區(qū)的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以喧囂而固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集。相對(duì)而言，垃圾收集行為在這個(gè)區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類(lèi)型的卸載，一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)區(qū)域的回收“成績(jī)”比較難以令人滿(mǎn)意，尤其是類(lèi)型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)域的回收確實(shí)是必要的。在Sun公司的BUG列表中，曾出現(xiàn)過(guò)的若干個(gè)嚴(yán)重的BUG就是由于低版本的HotSpot虛擬機(jī)對(duì)此區(qū)域未完全回收而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無(wú)法滿(mǎn)足內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。

文原文關(guān)于虛擬機(jī)的定義：

6.2.定義

jdk1.8之前,方法區(qū)是用的堆內(nèi)存，1.8之后，方法區(qū)用的操作系統(tǒng)內(nèi)存。
這塊不是太清晰，可以參考下此篇博客點(diǎn)擊查看
常量池分為靜態(tài)常量池和動(dòng)態(tài)常量池，下圖中的常量池指的是動(dòng)態(tài)常量池，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)被讀入內(nèi)存中去，而靜態(tài)常量池存在于class文件中

6.3.方法區(qū)內(nèi)存溢出（OutOfMemoryError: Metaspace）

1.8以前會(huì)導(dǎo)致永久代內(nèi)存溢出

1.8以后會(huì)導(dǎo)致元空間內(nèi)存溢出

/**  * 演示元空間內(nèi)存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace  * -XX:MaxMetaspaceSize=8m  */public class Demo1_8 extends ClassLoader { // 可以用來(lái)加載類(lèi)的二進(jìn)制字節(jié)碼     public static void main(String[] args) {         int j = 0;         try {             Demo1_8 test = new Demo1_8();                          for (int i = 0; i < 10000; i++, j++) {                 // ClassWriter 作用是生成類(lèi)的二進(jìn)制字節(jié)碼                 ClassWriter cw = new ClassWriter(0);                 //參數(shù):版本號(hào)， public， 類(lèi)名, 包名, 父類(lèi)， 接口                 cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);                 // 生成類(lèi)，二進(jìn)制字節(jié)碼用byte來(lái)表示，返回 byte[]                 byte[] code = cw.toByteArray();                 // 執(zhí)行了類(lèi)的加載                 test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length); // Class 對(duì)象             }         } finally {             System.out.println(j);         }     }}

jdk1.8以后， 默認(rèn)情況下，方法區(qū)用的是系統(tǒng)內(nèi)存，所以加大還是不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出，循環(huán)很多次都運(yùn)行成功。
當(dāng)設(shè)置了-XX:MaxMetaspaceSize=8m，到了5411次就溢出了。報(bào)的是java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace錯(cuò)誤

而1.8以前永久代溢出報(bào)的錯(cuò)誤是java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

6.4.常量池

常量池，就是一張表，虛擬機(jī)指令根據(jù)這站常量表找到要執(zhí)行的類(lèi)名、方法名、參數(shù)類(lèi)型、字面量信息(如字符串常量、true和false)。
運(yùn)行時(shí)常量池，常量池是.class文件中的，當(dāng)該類(lèi)被加載，它的常量池信息就會(huì)放入運(yùn)行時(shí)常量池，并把里面的符號(hào)地址變?yōu)檎鎸?shí)地址*。

public class HelloWorld { 	public static void main(String[] args) { 		System.out.println("hello,world"); 	}}

以上是一個(gè)helloworld程序，helloworld要運(yùn)行，肯定要先編譯成一個(gè)二進(jìn)制字節(jié)碼。
二進(jìn)制字節(jié)碼由類(lèi)的基本信息、常量池、類(lèi)方法定義（包含了虛擬機(jī)指令）。
反編譯HelloWorld(之前需要運(yùn)行將.java文件編譯成.class文件)
使用idea工具

F:IDEAprojectsjvm>javap -v F:IDEAprojectsjvmoutproductionuntitledHelloWorld.class

F:IDEAprojectsjvmoutproductionuntitled是HelloWorld.class所在的路徑

顯示類(lèi)的詳細(xì)信息

Classfile /F:/IDEA/projects/jvm/out/production/untitled/HelloWorld.class   Last modified 2021-1-30; size 533 bytes   MD5 checksum 82d075eb7217b4d23706f6cfbd44f8f1   Compiled from "HelloWorld.java"public class HelloWorld   minor version: 0   major version: 52   flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER

可以看到類(lèi)的文件，最后修改時(shí)間，簽名。以及版本等等。有的還有訪問(wèn)修飾符、父類(lèi)和接口等詳細(xì)信息。

顯示常量池

Constant pool:    #1 = Methodref          #6.#20         // java/lang/Object."<init>":()V    #2 = Fieldref           #21.#22        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;    #3 = String             #23            // hello,world    #4 = Methodref          #24.#25        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V    #5 = Class              #26            // HelloWorld    #6 = Class              #27            // java/lang/Object    #7 = Utf8               <init>    #8 = Utf8               ()V    #9 = Utf8               Code   #10 = Utf8               LineNumberTable   #11 = Utf8               LocalVariableTable   #12 = Utf8               this   #13 = Utf8               LHelloWorld;   #14 = Utf8               main   #15 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V   #16 = Utf8               args   #17 = Utf8               [Ljava/lang/String;   #18 = Utf8               SourceFile   #19 = Utf8               HelloWorld.java   #20 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V   #21 = Class              #28            // java/lang/System   #22 = NameAndType        #29:#30        // out:Ljava/io/PrintStream;   #23 = Utf8               hello,world   #24 = Class              #31            // java/io/PrintStream   #25 = NameAndType        #32:#33        // println:(Ljava/lang/String;)V   #26 = Utf8               HelloWorld   #27 = Utf8               java/lang/Object   #28 = Utf8               java/lang/System   #29 = Utf8               out   #30 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;   #31 = Utf8               java/io/PrintStream   #32 = Utf8               println   #33 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V

顯示方法定義

{   public HelloWorld();     descriptor: ()V     flags: ACC_PUBLIC     Code:       stack=1, locals=1, args_size=1          0: aload_0         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V          4: return       LineNumberTable:         line 1: 0       LocalVariableTable:         Start  Length  Slot  Name   Signature            0       5     0  this   LHelloWorld;    public static void main(java.lang.String[]);     descriptor: ([Ljava/lang/String;)V     flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC     Code:       stack=2, locals=1, args_size=1          0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;          3: ldc           #3                  // String hello,world          5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V          8: return       LineNumberTable:         line 3: 0         line 4: 8       LocalVariableTable:         Start  Length  Slot  Name   Signature            0       9     0  args   [Ljava/lang/String;}

第一個(gè)方法是public HelloWorld();它是編譯器自動(dòng)為我們構(gòu)造的無(wú)參構(gòu)造方法。
第二個(gè)是public static void main(java.lang.String[]);即main方法
方噶里面就包括了虛擬機(jī)的指令了。
getstatic獲取一個(gè)靜態(tài)變量，即獲取System.out靜態(tài)變量
ldc是加載一個(gè)參數(shù)，參數(shù)是字符串hello,world
invokevirtual虛方法調(diào)用，println方法
return執(zhí)行結(jié)束。
我們getstatic、ldc、invokevirtual后面都有一個(gè)#2,#3,#4。在解釋器翻譯這些虛擬機(jī)指令的時(shí)候，它會(huì)把這些#2,#3,#4進(jìn)行一個(gè)查表翻譯。比如getstatic #2，就去查常量池的表。在常量池中
#2 = Fieldref #21.#22 引用的是成員變量#21,#22.
#21 = Class #28 // java/lang/System
#22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream;
然后再去找#28.29，30
#28 = Utf8 java/lang/System
#29 = Utf8 out
#30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
所以現(xiàn)在我就知道了，我是要找到j(luò)ava.lang.system類(lèi)下叫out的成員變量，類(lèi)型是java/io。
同理，ldc是找#3 = String #23 Utf8 hello,world，它是虛擬機(jī)常量池的一個(gè)字符串。把helloworld常量變成字符串對(duì)象加載進(jìn)來(lái)。
invokevirtual #4 Methodref #24.#25 等等
所以常量池的作用就是給我們指令提供一些常量符號(hào)，根據(jù)這些常量符號(hào)，我們就可以根據(jù)查表的方式去找到它，這樣虛擬機(jī)才能成功的執(zhí)行它。

相關(guān)免費(fèi)學(xué)習(xí)推薦：java基礎(chǔ)教程