运行时数据区（方法区 [永久代（java7及之前)-元空间（java8及之后）]）

栈、堆、方法区的关系

Person person = new Person(); 这行代码的内存布局

参数 -Xmx -Xms的设置与方法的关系

代码：

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...");
    }
}

在运行该代码时，设置虚拟机参数：

-Xmx600m -Xms600m

用jvisualvm 命令查看内存情况：

我们可以看到，Eden Space + Survivor 0 + Survivor 1 + Old Gen = 600M，也就是说，我们设置的参数-Xmx600m -Xms600m是不会影响到 metaspace 的内存大小的。

方法区的基本理解

1. 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。
2. 方法区在JVM启动的时候创建，并且它的实际的物理内存空间与Java堆区一样，都可以是不连续的。
3. 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。
4. 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。
5. 关闭JVM就会释放这个区域的内存。

设置方法区大小

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。

JDK 7 及之前

1. 通过参数-XX:PermSize来设置永久代初始分配空间。默认是20.75M。
2. -XX:MaxPermSize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M，64位机器默认是82M。
3. 当JVM加载的类信息容量超过这个值，会报异常：OutOfMemoryError: PermGenSpace。

JDK 8 及以后

参考

1. 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。
2. 默认值依赖于平台。ubuntu下，-XX:metaspaceSize约21M（20.796875M），-XX:MaxmetaspaceSize的值没有限制。

   jinfo -flag MatespaceSize pid

3. 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。
4. -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21M。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。
5. 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。通过垃圾回收的日志可用观察到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。

OOM相关异常

import jdk.internal.org.objectweb.asm.ClassWriter;
import jdk.internal.org.objectweb.asm.Opcodes;


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，用于生成类的字节码
                ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);

                classWriter.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);

                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);
        }
    }
}

设置参数：

XX:metaspaceSize=10m -XX:MaxmetaspaceSize=10m

输出日志：

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:756)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:635)
at OOMTest.main(OOMTest.java:22)

如何解决OOM异常

1. 要解决OOM异常或heap space异常，一般的手段是首先通过内存映射分析工具（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内存泄露（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow)。
2. 如果是内存泄露，可进一步通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎么样的路径与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. 如果不存在内存泄露，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 -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。

方法区的内部结构

方法区永远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 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：

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或者是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

1. 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。
2. 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。

1. 方法名称。
2. 方法的返回类型。
3. 方法参数的数据和类型（按顺序）。
4. 方法的修饰符（Public, private, protected, static, final, synchronized, native, abstract的一个子集）。
5. 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）。
6. 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。使用命令javap -v -p xxx.class , -p参数表示私有的信息会被反编译出来。

non-final的类变量

1. 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。
2. 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。

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。

运行时常量池

1. 运行时常量池是方法区的一部分。
2. 常量池表（Constant Pool Table）是Class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。
3. 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。
4. 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。
5. 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，也包括到达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，这里换成了真实地址。
6. 运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表，但是它所包含的数据却比符号表要更丰富一些。
7. 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会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区的演进细节 说明

1. jdk8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来代替。
2. 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的最大区别在于：元空间不在虚拟机设置的内存中，而是使用本地内存。
3. 永久代，元空间二者并不只是名字变了，内存结构也调整了。
4. 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。

细节

1. 首先明确： 只有HotSpot才有永久代，BEA JRockit, IMB 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
   
   1. jdk1.6及之前：有永久代，静态变量存放在永久代上。
   2. jdk1.7有永久代，但已经逐步”去永久代“，字符串常量池，静态变量移除，保存在堆中。
   3. jdk1.8及以后：无永久代，类型信息、字段、方法、常量保存在本地内存的元空间，但字符串常量池，静态变量仍在堆 。

永久代为什么要替换元空间

1. 随着JAVA 8的到来，HotSpot VM中再也见不到永久代了。但是这并不意味这类的元信息也消失了。这些数据被移动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。
2. 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。
3. 因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。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。

StringTable 为什么要调整？

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的时候才会触发。而full gc是老年代空间不足，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。

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露。

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。

方法区垃圾收集

1. 判断一个常量是否”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:
   1. 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。
   2. 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场景。如OSGi, JSP的重加载等，否则很难达成。
   3. 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。
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-verbos:clss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能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。

常见的一些面试题目

1. 说一下JVM内存模型，有哪些区？分别干什么的？
2. Java 8 的内存分代改进？
3. JVM 内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
4. JVM 内存分布/内存结构？栈和堆的区别？堆的结构？为什么要有两Survivor区？
5. Eden 和 Survior的比例分配？
6. JVM 内存分区？为啥要有新生代和老年代？
7. Java 的内存分区？
8. 讲讲JVM运行时数据区。什么时候对象进入老年代？
9. JVM 的内存结构，Eden 和 Survivor的比例。
10. JVM 内存为什么要分成新生代、老年代、持久代？新生代中为啥要分为Eden和Survivor?
11. JVM 内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。
12. JVM 的内存模型，Java8做了什么修改？
13. JVM 内存分哪几个区， 每个区的作用是什么？
14. Java 的内存分配？
15. JVM 的永久代会发生垃圾回收吗？
16. JVM 的内存分区，为什么要有新生代和老年代？