JVM 方法区

1. 前言

本节主要讲解运行时数据区的方法区。本节主要知识点如下：

• 了解方法区的作用及意义，为本节的基础知识；
• 了解方法区存放数据类型，为本节重点内容之一；
• 了解运行时常量池，我们在学习Class文件结构的时候，也学习过常量池结构，那么运行时常量池本节课程会进行讲解；
• 了解方法区与堆内存结构的关系，以JDK 1.8 版本为分界线，进行对比讲解，为本节重点内容之一。

2. 什么是方法区

定义：方法区，也称非堆（Non-Heap），是一个被线程共享的内存区域。其中主要存储加载的类字节码、class/method/field 等元数据对象、static-final 常量、static 变量、JIT 编译器编译后的代码等数据。另外，方法区包含了一个特殊的区域 “运行时常量池”。

Tips：对于运行时常量池，后文会有讲解。

对于习惯在 HotSpot 虚拟机上开发和部署程序的开发者来说，很多人愿意把方法区称为 “永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为 HotSpot 虚拟机的设计团队选择把 GC 分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机（如 BEA JRockit、IBM J9 等）来说是不存在永久代的概念的。

3. 方法区存放的数据

在讲解方法区内存放的数据之前，我们先通过示意图来直观的看下，方法区存放的数据与堆内存之间的关系。如下图所示：

从图中可以看到，方法区存放了 ClassLoader 对象的引用，也存放了一个到类对象的引用，这两个引用的对象实例会存放到堆内存中。从上图我们就可以简单的了解到方法区存放的数据是什么，接下来，我们对存放的数据类型进行解释。

• 类型全限定名：全限定名为 package 路径与类名称组合起来的路径；
• 类型的直接超类的全限定名：父类或超类的全限定名；
• 类型是类类型还是接口类型：判定当前类是 Class 还是接口 Interface；
• 类型的访问修饰符：判断修饰符，如 pulic，private 等；
• 类型的常量池：这部分会在下文进行讲解；
• 字段信息：类中字段的信息；
• 方法信息：类中方法的信息；
• 静态变量：类中的静态变量信息；
• 一个到类 ClassLoader 的引用：对 ClassLoader 的引用，这个引用指向对内存；
• 一个到 Class 类的引用：对对象实例的引用，这个引用指向对内存。

4. 运行时常量池

我们先来回顾下Class 文件结构中的常量池的相关知识。

Class 文件中的常量池：
在 Class 文件结构中，最头的 4 个字节用于存储 Megic Number，用于确定一个文件是否能被 JVM 接受，再接着 4 个字节用于存储版本号，前 2 个字节存储次版本号，后 2 个存储主版本号，再接着是用于存放常量的常量池，由于常量的数量是不固定的，所以常量池的入口放置一个 u2 类型的数据 (constant_pool_count) 存储常量池容量计数值。

常量池主要用于存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用量（Symbolic References）。更加具体的知识，同学们可以翻看之前相关的小节内容。

运行时常量池：我们回到正题，来看下运行时常量池。

Tips：其实 Class 文件中的常量池与运行时常量池的关系非常容易理解，Class 文件中的常量池用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。简单总结来说，编译器使用 Class 文件中的常量池，运行期使用运行时常量池。

运行时常量池相对于 Class 文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java 语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入 Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的就是 String 类的 intern() 方法。

5. 常量池的优势

常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。

例如字符串常量池，在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。

• 节省内存空间：常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一个空间。
• 节省运行时间：比较字符串时，== 比 equals () 快。对于两个引用变量，只用 == 判断引用是否相等，也就可以判断实际值是否相等。

6. 方法区内存变更

方法区的实现，虚拟机规范中并未明确规定，目前有 2 种比较主流的实现方式：

HotSpot 虚拟机 1.8之前：在 JDK1.6 及之前版本，HotSpot 使用 “永久代（permanent generation）” 的概念作为实现，即将 GC 分代收集扩展至方法区。这种实现比较偷懒，可以不必为方法区编写专门的内存管理，但带来的后果是容易碰到内存溢出的问题（因为永久代有 - XX:MaxPermSize 的上限）。

在 JDK1.7，HotSpot 逐渐改变方法区的实现方式，如 1.7 版本移除了方法区中的字符串常量池，但为发生本质的变化。

HotSpot 虚拟机 1.8之后：1.8 版本中移除了方法区并使用 metaspace（元数据空间）作为替代实现。metaspace 占用系统内存，也就是说，只要不碰触到系统内存上限，方法区会有足够的内存空间。但这不意味着我们不对方法区进行限制，如果方法区无限膨胀，最终会导致系统崩溃。

7. 小结

本节主要讲解了运行时数据区里边的方法区，方法区是一块共享内存区域，在运行时数据区占据着十分重要的位置。我们了解了方法区里边存储的数据类型，也了解到了方法区的作用，同时了解了方法区内存的版本变更，通篇皆为重点知识，学习者需要用心学习。