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JVM(17):Metaspace代码案例、方法区内部结构、Class文件中常量池

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JVM(17):Metaspace代码案例、方法区内部结构、Class文件中常量池

一、metaspace代码案例

        测试代码:

package org.ywz.springbootdemo;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import 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用于生成类二进制字节码
                ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);
                // 指明版本号,public,类名,包名,父类,接口
                classWriter.visit(Opcodes.V1_6, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
                byte[] codes = classWriter.toByteArray();
                // 类加载
                test.defineClass("Class" + i, codes, 0, codes.length);
                j++;
            }
        } finally {
            System.out.println("在元空间中创建并加载了" + j + "的类");
        }
    }
}

        如果使用默认的元空间大小则可以创建10000个类,但是使用命令设置成10m之后就会抛出OOM异常。

        如何解决这些OOM?

  1. 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cc 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。
二、方法区内部结构

        《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。

 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(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。

        测试代码:

package org.ywz.test;

import java.io.Serializable;


public class MethodInnerStrucTest extends Object implements Comparable, Serializable {

    private int num = 10;
    private static String str = "测试方法的内部结构";

    // 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;
    }
}

        使用javap命令将生成的class文件反编译,并保存到同目录下test.txt文件中。 

        打开文件可以看到类型信息。 

 

 

 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。

package org.ywz.test;


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!");
    }
}

        即使order对象指向了null,调用其类的static方法和属性也不会出现空指针异常。 

        补充说明:

        全局常量: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。

三、Class文件中常量池

  • 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。https : / / docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html。如下:

         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。

        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:如下的代码:

 

        虽然只有194字节,但是里面却使用了string、system、Printstream及object等结构。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!

        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。

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