你還在看《深入理解Java虛擬機器》的執行時資料模型嗎？

llldddbbb發表於2019-03-31
Java虛擬機模型

學習JVM必看的書籍無疑是《深入理解Java虛擬機器》這本書了，在書中，關於執行時資料區域模型是這樣描述的：

image.png

在這裡我們只針對HotSpot VM來說，它是OracleJDK和OpenJDK中所帶的虛擬機器，也是目前使用範圍最廣的Java虛擬機器。在JDK7之前，這樣的模型是正確的。但是到了JDK8，如圖示紅的部分，做了一些優化。

什麼是方法區，什麼是永久代，執行時常量池又是什麼

  • “方法區”（Method Area），是執行緒共享的區域，用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊，常量，靜態變數等資料。首先我們要知道，方法區是JVM的一種規範，是一個概念，而這個方法區的具體實現由各個虛擬機器廠商去實現。
  • “永久代”（Permanent Generation）就是HotSpot虛擬機器對於方法區的實現，也僅僅是針HotSpot才有的。
  • “執行時常量池”是方法區的一部分。用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。其特性是具備動態性。

優化一：字串常量池從永久代劃到Java堆

由於常量池具備動態性，在程式執行過程中會有大量的字串常量在執行時常量池裡產生，此時如果放在永久代，則無法恰當的設定永久代的大小，容易出現效能問題和記憶體溢位。下面一個例子證明在JDK8中，字串常量池已經放在堆中：

String.intern()方法的作用是返回一個字串引用，引用的是字串常量池中的字串（字面量），我們先來驗證一下這個方法：

public class StringConstantsPoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "abc"; //  str儲存在常量池
        String str2 = new String("abc");  // str2 儲存在堆中
        System.out.println(str == str2); //  結果為false ，堆中的引用並不等於常量池中的引用
        str2 = str2.intern(); // 獲取str2在常量池中的引用
        System.out.println(str == str2); 
    }
}
複製程式碼

結果如下：

image.png

證明 String.intern()方法返回了一個在常量池中的引用。 下面驗證字串常量池在堆中：

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
                list.add(String.valueOf(i + j / 1000000).intern());
            }
        }
    }
複製程式碼

結果如下：

image.png

 我們看到這時報的是Java堆空間記憶體溢位，說明字串常量池是在堆中，注意，此時僅僅是字串常量池轉移到了堆中，但是執行時常量池依舊還是在方法區裡

優化二：移除了永久代，引入“元空間”(Metaspace)

為什麼移除永久代？

  1. 方法區大小難以設定，容易發生記憶體溢位。永久代會存放Class的相關資訊，一般這些資訊在編譯期間就能確定大小。但是如果是在一些需要動態生成大量Class的應用中，如：Spring的動態代理、大量的JSP頁面或動態生成JSP頁面等，由於方法區的大小在一開始就要分配好，因此就能難確定大小，容易出現記憶體溢位
  2. GC複雜且效率低。方法區儲存了類的後設資料資訊和各種常量，它的記憶體回收目標理應當是對這些型別的解除安裝和常量的回收。但由於這些資料被類的例項引用，解除安裝條件變得複雜且嚴格，回收不當會導致堆中的類例項失去後設資料資訊和常量資訊。因此，回收方法區記憶體不是一件簡單高效的事情。
  3. 促進HotSpot JVM與JRockit VM的融合。JRockit沒有方法區，移除永久代可以促進HotSpot JVM與JRockit VM的融合。

什麼是元空間（Metaspace），為什麼引入元空間

元空間的本質和永久代類似，都是對JVM規範中方法區的實現。不過元空間與永久代之間最大的區別在於：元空間並不在虛擬機器中，而是使用本地記憶體。因此，預設情況下，元空間的大小僅受本地記憶體限制。

元空間的特點：

  1. 每個載入器有專門的儲存空間。
  2. 不會單獨回收某個類。
  3. 元空間裡的物件的位置是固定的。
  4. 如果發現某個載入器不再存活了，會把相關的空間整個回收。

總結

最終JVM（HotSpot）執行時資料區域模型如下：

image.png

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