三、JVM之方法區

来源:https://www.cnblogs.com/lee0527/archive/2020/01/18/12209789.html

一、什麼式方法區 方法區,也稱非堆(Non Heap),又是一個被線程共用的記憶體區域。其中主要存儲載入的類位元組碼、class/method/field等元數據對象、static final常量、static變數、jit編譯器編譯後的代碼等數據。另外,方法區包含了一個特殊的區域“運行時常量池”。 (1 ...


一、什麼式方法區

方法區,也稱非堆(Non-Heap),又是一個被線程共用的記憶體區域。其中主要存儲載入的類位元組碼、class/method/field等元數據對象、static-final常量、static變數、jit編譯器編譯後的代碼等數據。另外,方法區包含了一個特殊的區域“運行時常量池”。

(1)載入的類位元組碼:要使用一個類,首先需要將其位元組碼載入到JVM的記憶體中。至於類的位元組碼來源,可以多種多樣,如.class文件、網路傳輸、或cglib位元組碼框架直接生成。
(2)class/method/field等元數據對象:位元組碼載入之後,JVM會根據其中的內容,為這個類生成Class/Method/Field等對象,它們用於描述一個類,通常在反射中用的比較多。不同於存儲在堆中的java實例對象,這兩種對象存儲在方法區中。
(3)static-final常量、static變數:對於這兩種類型的類成員,JVM會在方法區為它們創建一份數據,因此同一個類的static修飾的類成員只有一份;
(4)jit編譯器的編譯結果:以hotspot虛擬機為例,其在運行時會使用JIT即時編譯器對熱點代碼進行優化,優化方式為將位元組碼編譯成機器碼。通常情況下,JVM使用“解釋執行”的方式執行位元組碼,即JVM在讀取到一個位元組碼指令時,會將其按照預先定好的規則執行棧操作,而棧操作會進一步映射為底層的機器操作;通過JIT編譯後,執行的機器碼會直接和底層機器打交道。

二、運行時常量池

我們瞭解到類的位元組碼在載入時會被解析並生成不同的東西存入方法區。類的位元組碼中不僅包含了類的版本、欄位、方法、介面等描述信息,還包含了一個常量池。常量池用於存放在位元組碼中使用到的所有字面量和符號引用(如字元串字面量),在類載入時,它們進入方法區的運行時常量池存放。

運行時常量池是方法區中一個比較特殊的部分,具備動態性,也就是說,除了類載入時將常量池寫入其中,java程式運行期間也可以向其中寫入常量:

//使用StringBuilder在堆上創建字元串abc,再使用intern將其放入運行時常量池
String str = new StringBuilder("abc");
str.intern();
//直接使用字元串字面量xyz,其被放入運行時常量池
String str2 = "xyz";

三、方法區的實現

方法區的實現,虛擬機規範中並未明確規定,目前有2種比較主流的實現方式:

(1)HotSpot虛擬機1.7-:在JDK1.6及之前版本,HotSpot使用“永久代(permanent generation)”的概念作為實現,即將GC分代收集擴展至方法區。這種實現比較偷懶,可以不必為方法區編寫專門的記憶體管理,但帶來的後果是容易碰到記憶體溢出的問題(因為永久代有-XX:MaxPermSize的上限)。在JDK1.7+之後,HotSpot逐漸改變方法區的實現方式,如1.7版本移除了方法區中的字元串常量池。

(2)HotSpot虛擬機1.8+:1.8版本中移除了方法區並使用metaspace(元數據空間)作為替代實現。metaspace占用系統記憶體,也就是說,只要不碰觸到系統記憶體上限,方法區會有足夠的記憶體空間。但這不意味著我們不對方法區進行限制,如果方法區無限膨脹,最終會導致系統崩潰。

我們思考一個問題,為什麼使用“永久代”並將GC分代收集擴展至方法區這種實現方式不好,會導致OOM?首先要明白方法區的記憶體回收目標是什麼,方法區存儲了類的元數據信息和各種常量,它的記憶體回收目標理應當是對這些類型的卸載和常量的回收。但由於這些數據被類的實例引用,卸載條件變得複雜且嚴格,回收不當會導致堆中的類實例失去元數據信息和常量信息。因此,回收方法區記憶體不是一件簡單高效的事情,往往GC在做無用功。另外隨著應用規模的變大,各種框架的引入,尤其是使用了位元組碼生成技術的框架,會導致方法區記憶體占用越來越大,最終OOM。

四、方法區異常

我們瞭解到方法區的2種實現方式最終都會有一個最大值上限,因此若方法區(含運行時常量池)占用記憶體到達其最大值,且無法再申請到記憶體時,便會拋出OutOfMemoryError。

在下麵的例子中,我們將使用cglib位元組碼生成框架不斷生成新的類,最終使方法區記憶體占用滿,拋出OutOfMemoryError:

public class JavaMethodAreaOOM {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (o, method, objects, methodProxy) -> methodProxy.invokeSuper(objects, args));
            enhancer.create();
        }
    }
    static class OOMObject {

    }
}

報錯信息為:

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
···

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