一、栈、堆、方法区的交互关系

1、运行时数据区结构图

2、栈、堆、方法区的交互关系

二、方法区的理解

1、官方文档

2、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HotSpotJvMi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,方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间。

3、方法区的基本理解

方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域。
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,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; 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。

4、Hotspot中方法区的演进

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。

本质上,方法区和永久代并不等价。仅是对hotspot而言的。《Java虚拟机规范》对如何实现方法区,不做统一要求。例如: BEA JRockit/ 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)

5、方法区概述

6、Hotspot中方法区的演进

到了JDK 8,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

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O0M异常。

三、设置方法区大小与OOM

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 : PermGenspace 。

jdk8及以后：

元数据区大小可以使用参数-xx:Metaspacesize和-XX:MaxMetaspacesize指定,替代上述原有的两个参数。

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。

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,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。

代码举例1：

代码举例2：

如何解决这些OOM？
1、要解决00M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Eclipse 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(MemoryLeak)还是内存溢出(Memory Overflow)
2、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。
3、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。

四、方法区的内部结构

1、方法区（Method Area）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。

2、方法区的内部结构

类信息：

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)

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)、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

non-final的类变量：

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。

补充说明：全局常量：static final

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。

3、运行时常量池VS常量池

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。

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

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（https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html）.如下: