【JVM】9、方法区

从线程共享与否的角度看运行时数据区结构图：
ThreadLocal：如何保证多个线程在并发环境下的安全性？典型应用就是数据库连接管理，以及独立会话管理
线程共享->ThreadLocal->线程私有也是一个递进的关系

栈 堆 方法区的交互关系

方法区的理解

官方文档

• 《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HotSpotJVM而言，方法区还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分开。
  方法区主要存放的是 Class，而堆中主要存放的是实例化的对象
  
• 所以，方法区可以看作是一块独立于Java堆的内存空间。
• 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域
  多个线程同时加载统一个类时，只能有一个线程能加载该类，其他线程只能等等待该线程加载完毕，然后直接使用该类，即类只能加载一次。
  
• 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
  • JDK7：java.lang.OutofMemoryError:PermGen space
  • JDK8：java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
    可能出现方法区OOM的情况：
    • 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

Hotspot 方法区的演进过程

• 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。
• 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
• 永久代和元空间的区别：
  • 本质区别：永久代使用的是java虚拟机的内存（更容易出现OOM），元空间使用的是本地内存
  • 内部结构区别

设置方法区大小与OOM

jdk7永久代

JDK7 之前版本设置永久代大小

• 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:PermGen space。
  
  

JDK8 元空间

• 元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize 指定
• 默认值依赖于平台，Windows下，-XX:MetaspaceSize 约为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。

方法区OOM

用反射的方式动态生成大量的类，这些类会加载到方法区，导致方法区OOM

如何解决OOM：

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Ec1ipse 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（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）
内存泄露：存在引用指向，但是那个数据也不会被使用了，但因为有引用指向它所以他一直不会被回收

• 是内存泄露
  找到那些内存泄露的对象，把引用断掉
  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。
  
  
• 不存在内存泄露
  也就是纯粹的OOM，单纯的对象太多了
  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。
  
  

方法区的内部结构

方法区存放的内容：
《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。
方法区是记录了他是被谁加载进来的

方法区中包括字节码文件以及字节码文件使用了哪一个加载器加载到方法区中的。即加载到方法区的类里面记录了它的classloader。 classloader加载到方法区也会记录它都加载过谁。

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：

• 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（包括 void 返回类型），void 在 Java 中对应的类为 void.class
• 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），异常表记录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