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JVM永久代与元空间

方法区与永久代

方法区和永久代又有着本质的区别。前者是 JVM 的规范而后者则是 JVM 规范的一种实现,并且只有 HotSpot 才有永久代,而对于其他类型的虚拟机,如 JRockit(Oracle)、J9(IBM) 并没有永久代。由于方法区主要存储类的相关信息,所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出

​ 在Java虚拟机规范中,方法区在虚拟机启动的时候创建,虽然方法区是堆的逻辑组成部分,但是简单的虚拟机实现可以选择不在方法区实现垃圾回收与压缩。这个版本的虚拟机规范也不限定实现方法区的内存位置和编译代码的管理策略。所以不同的JVM厂商,针对自己的JVM可能有不同的方法区实现方式。

​ 在HotSpot中,设计者将方法区纳入GC分代收集。HotSpot虚拟机堆内存被分为新生代和老年代,对堆内存进行分代管理,所以HotSpot虚拟机使用者更愿意将方法区称为老年代。

​ 方法区和永久代的关系很像Java中接口和类的关系,类实现了接口,而永久代就是HotSpot虚拟机对虚拟机规范中方法区的一种实现方式。

​ 我们知道在HotSpot虚拟机中存在三种垃圾回收现象,minor GC、major GC和full GC。对新生代进行垃圾回收叫做minor GC,对老年代进行垃圾回收叫做major GC,同时对新生代、老年代和永久代进行垃圾回收叫做full GC。许多major GC是由minor GC触发的,所以很难将这两种垃圾回收区分开。major GC和full GC通常是等价的,收集整个GC堆。但因为HotSpot VM发展了这么多年,外界对各种名词的解读已经完全混乱了,当有人说“major GC”的时候一定要问清楚他想要指的是上面的full GC还是major GC。

大小调节

在1.7之前,可以使用如下参数来调节方法区的大小

1
2
3
4
5
//方法区初始大小
-XX:PermSize

// 方法区最大大小, 超过这个值将会抛出OutOfMemoryError异常:java.lang.OutOfMemoryError: PermGen
-XX:MaxPermSize

jdk8中的方法区

​ 在jdk8中已经将永久带移除了。也就是说-XX:PermSize这些参数在jdk8中将是无效的。
移除了,肯定有人来代替他。就是新出现的元空间(Metaspace)来代替原来的永久带。

方法区中主要存放的是一些描述性信息,即元数据。

​ 方法区是堆的逻辑组成部分。实际上JDK1.7中,存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中,但是并没完全移除。

大小调整

在1.8中,使用如下参数来调节方法区的大小

1
2
3
4
5
//元空间初始大小
-XX: MetaspaceSize

// 元空间最大大小, 超过这个值将会抛出OutOfMemoryError异常:java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space
-XX: MaxMetaspaceSize

永久代

​ 永久代中包含了虚拟机中所有可通过反射获取到的数据,比如Class和Method对象。不同的Java虚拟机之间可能会进行类共享,因此永久代又分为只读区和读写区。

​ JVM用于描述应用程序中用到的类和方法的元数据也存储在永久代中。JVM运行时会用到多少永久代的空间取决于应用程序用到了多少类。除此之外,Java SE库中的类和方法也都存储在这里。

​ 如果JVM发现有的类已经不再需要了,它会去回收(卸载)这些类,将它们的空间释放出来给其它类使用。Full GC会进行持久代的回收。

  • JVM中类的元数据在Java堆中的存储区域。
  • Java类对应的HotSpot虚拟机中的内部表示也存储在这里。
  • 类的层级信息,字段,名字。
  • 方法的编译信息及字节码。
  • 变量
  • 常量池和符号解析

永久代大小

  • 它的上限是MaxPermSize,默认是64M
  • Java堆中的连续区域 : 如果存储在非连续的堆空间中的话,要定位出持久代到新对象的引用非常复杂并且耗时。卡表(card table),是一种记忆集(Remembered Set),它用来记录某个内存代中普通对象指针(oops)的修改。
  • 持久代用完后,会抛出OutOfMemoryError “PermGen space”异常。解决方案:应用程序清理引用来触发类卸载;增加MaxPermSize的大小。
  • 需要多大的持久代空间取决于类的数量,方法的大小,以及常量池的大小。

为什么移除持久代

  • 它的大小是在启动时固定好的——很难进行调优。-XX:MaxPermSize,设置成多少好呢?
  • HotSpot的内部类型也是Java对象:它可能会在Full GC中被移动,同时它对应用不透明,且是非强类型的,难以跟踪调试,还需要存储元数据的元数据信息(meta-metadata)。
  • 简化Full GC:每一个回收器有专门的元数据迭代器。
  • 可以在GC不进行暂停的情况下并发地释放类数据。
  • 使得原来受限于持久代的一些改进未来有可能实现

元空间(metaspace)

JDK 8的HotSpot JVM现在使用的是本地内存来表示类的元数据,这个区域就叫做元空间。

​ 持久代的空间被彻底地删除了,它被一个叫元空间的区域所替代了。持久代删除了之后,很明显,JVM会忽略PermSize和MaxPermSize这两个参数,还有就是你再也看不到java.lang.OutOfMemoryError: PermGen error的异常了。原来类的静态变量和Interned Strings 都被转移到了java堆区,只有class元数据才在元空间。

元空间的特点

  • 充分利用了Java语言规范中的好处:类及相关的元数据的生命周期与类加载器的一致。
  • 每个加载器有专门的存储空间
  • 只进行线性分配
  • 不会单独回收某个类
  • 省掉了GC扫描及压缩的时间
  • 元空间里的对象的位置是固定的
  • 如果GC发现某个类加载器不再存活了,会把相关的空间整个回收掉

元空间的内存分配模型

  • 绝大多数的类元数据的空间都从本地内存中分配
  • 用来描述类元数据的类也被删除了
  • 分元数据分配了多个虚拟内存空间
  • 给每个类加载器分配一个内存块的列表。块的大小取决于类加载器的类型; sun/反射/代理对应的类加载器的块会小一些
  • 归还内存块,释放内存块列表
  • 一旦元空间的数据被清空了,虚拟内存的空间会被回收掉
  • 减少碎片的策略

元空间内存管理

元空间的内存管理由元空间虚拟机来完成。先前,对于类的元数据我们需要不同的垃圾回收器进行处理,现在只需要执行元空间虚拟机的C++代码即可完成。在元空间中,类和其元数据的生命周期和其对应的类加载器是相同的。话句话说,只要类加载器存活,其加载的类的元数据也是存活的,因而不会被回收掉。

​ 准确的来说,每一个类加载器的存储区域都称作一个元空间,所有的元空间合在一起就是我们一直说的元空间。当一个类加载器被垃圾回收器标记为不再存活,其对应的元空间会被回收。在元空间的回收过程中没有重定位和压缩等操作。但是元空间内的元数据会进行扫描来确定Java引用。

元空间虚拟机负责元空间的分配,其采用的形式为组块分配。组块的大小因类加载器的类型而异。在元空间虚拟机中存在一个全局的空闲组块列表。当一个类加载器需要组块时,它就会从这个全局的组块列表中获取并维持一个自己的组块列表。当一个类加载器不再存活,那么其持有的组块将会被释放,并返回给全局组块列表。类加载器持有的组块又会被分成多个块,每一个块存储一个单元的元信息。组块中的块是线性分配(指针碰撞分配形式)。组块分配自内存映射区域。这些全局的虚拟内存映射区域以链表形式连接,一旦某个虚拟内存映射区域清空,这部分内存就会返回给操作系统。

​ 运行时常量池在JDK1.6及之前版本的JVM中是方法区的一部分,而在HotSpot虚拟机中方法区放在了”永久代(Permanent Generation)”。所以运行时常量池也是在永久代的,但是JDK1.7及之后版本的JVM已经将字符串常量池从方法区中移了出来,在Java 堆(Heap)中开辟了一块区域存放运行时常量池

​ String.intern()是一个Native方法,它的作用是:如果运行时常量池中已经包含一个等于此String对象内容的字符串,则返回常量池中该字符串的引用;如果没有,则在常量池中创建与此String内容相同的字符串,并返回常量池中创建的字符串的引用

永久代与元空间

JDK8 HotSpot JVM 将移除永久区,使用本地内存来存储类元数据信息并称之为:元空间(Metaspace)

以下是JVM内存模型中方法区的变动

1.新生代:Eden+From Survivor+To Survivor

2.老年代:OldGen

3.永久代(方法区的实现) : PermGen—–>替换为Metaspace(本地内存中)

​ 元空间的本质和永久代类似,都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。因此,默认情况下,元空间的大小仅受本地内存限制,但可以通过以下参数来指定元空间的大小:

​ 《Java虚拟机规范(JavaSE7)》中也说了方法区是堆的逻辑组成部分
实际上JDK1.7中,存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代在JDK1.8才被移除

移除永久代的影响

​ 由于类的元数据分配在本地内存中,元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间。因此,我们就不会遇到永久代存在时的内存溢出错误,也不会出现泄漏的数据移到交换区这样的事情。最终用户可以为元空间设置一个可用空间最大值,如果不进行设置,JVM会自动根据类的元数据大小动态增加元空间的容量。

注意:永久代的移除并不代表自定义的类加载器泄露问题就解决了。因此,你还必须监控你的内存消耗情况,因为一旦发生泄漏,会占用你的大量本地内存,并且还可能导致交换区交换更加糟糕。

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