JVM中永久代和元空間是什么意思

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永久代

Java 的內(nèi)存中有一塊稱之為方法區(qū)的部分，在 JDK8 之前， Hotspot 虛擬機(jī)中的實(shí)現(xiàn)方式為永久代（Permanent Generation），別的JVM都沒有這個東西。

在過去（當(dāng)自定義類加載器使用不普遍的時候），類幾乎是“靜態(tài)的”并且很少被卸載和回收，因此類也可以被看成“永久的”。另外由于類作為 JVM 實(shí)現(xiàn)的一部分，它們不由程序來創(chuàng)建，因?yàn)樗鼈円脖徽J(rèn)為是“非堆”的內(nèi)存。

永久代是一段連續(xù)的內(nèi)存空間，我們在 JVM 啟動之前可以通過設(shè)置-XX:MaxPermSize的值來控制永久代的大小，32 位機(jī)器默認(rèn)的永久代的大小為 64M，64 位的機(jī)器則為 85M。

永久代的垃圾回收和老年代的垃圾回收是綁定的，一旦其中一個區(qū)域被占滿，這兩個區(qū)都要進(jìn)行垃圾回收。但是有一個明顯的問題，由于我們可以通過?XX:MaxPermSize設(shè)置永久代的大小，一旦類的元數(shù)據(jù)超過了設(shè)定的大小，程序就會耗盡內(nèi)存，并出現(xiàn)內(nèi)存溢出錯誤 (java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space)。

為什么類的元數(shù)據(jù)占用內(nèi)存會那么大？因?yàn)樵?JDK7 之前的 HotSpot 虛擬機(jī)中，納入字符串常量池的字符串被存儲在永久代中，因此導(dǎo)致了一系列的性能問題和內(nèi)存溢出錯誤。

為了解決這些性能問題，也為了能夠讓 Hotspot 能和其他的虛擬機(jī)一樣管理，元空間就產(chǎn)生了。

元空間

元空間是 Hotspot 在 JDK8 中新加的內(nèi)容，其本質(zhì)和永久代類似，都是對 JVM 規(guī)范中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)。不過元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：

元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認(rèn)情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制，但可以通過以下參數(shù)來指定元空間的大小：
-XX:MetaspaceSize　
初始空間大小，達(dá)到該值就會觸發(fā)垃圾收集進(jìn)行類型卸載，同時GC會對該值進(jìn)行調(diào)整：如果釋放了大量的空間，就適當(dāng)降低該值；如果釋放了很少的空間，那么在不超過MaxMetaspaceSize時，適當(dāng)提高該值?！　?-XX:MaxMetaspaceSize 最大空間，默認(rèn)是沒有限制的。
除了上面兩個指定大小的選項(xiàng)以外，還有兩個與 GC 相關(guān)的屬性：
-XX:MinMetaspaceFreeRatio
在GC之后，最小的Metaspace剩余空間容量的百分比，減少為分配空間所導(dǎo)致的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio
在GC之后，最大的Metaspace剩余空間容量的百分比，減少為釋放空間所導(dǎo)致的垃圾收集

移除永久代的影響

由于類的元數(shù)據(jù)分配在本地內(nèi)存中，元空間的最大可分配空間就是系統(tǒng)可用內(nèi)存空間。因此，我們就不會遇到永久代存在時的內(nèi)存溢出錯誤，也不會出現(xiàn)泄漏的數(shù)據(jù)移到交換區(qū)這樣的事情。最終用戶可以為元空間設(shè)置一個可用空間最大值，如果不進(jìn)行設(shè)置，JVM 會自動根據(jù)類的元數(shù)據(jù)大小動態(tài)增加元空間的容量。

注意：永久代的移除并不代表自定義的類加載器泄露問題就解決了。因此，你還必須監(jiān)控你的內(nèi)存消耗情況，因?yàn)橐坏┌l(fā)生泄漏，會占用你的大量本地內(nèi)存，并且還可能導(dǎo)致交換區(qū)交換更加糟糕。

元空間內(nèi)存管理

元空間的內(nèi)存管理由元空間虛擬機(jī)來完成。

先前，對于類的元數(shù)據(jù)我們需要不同的垃圾回收器進(jìn)行處理，現(xiàn)在只需要執(zhí)行元空間虛擬機(jī)的 C++ 代碼即可完成。在元空間中，類和其元數(shù)據(jù)的生命周期和其對應(yīng)的類加載器是相同的。話句話說，只要類加載器存活，其加載的類的元數(shù)據(jù)也是存活的，因而不會被回收掉。

準(zhǔn)確的來說，每一個類加載器的存儲區(qū)域都稱作一個元空間，所有的元空間合在一起就是我們一直說的元空間。當(dāng)一個類加載器被垃圾回收器標(biāo)記為不再存活，其對應(yīng)的元空間會被回收。在元空間的回收過程中沒有重定位和壓縮等操作。但是元空間內(nèi)的元數(shù)據(jù)會進(jìn)行掃描來確定 Java 引用。

那具體是如何管理的呢？

元空間虛擬機(jī)負(fù)責(zé)元空間的分配，其采用的形式為組塊分配。組塊的大小因類加載器的類型而異。在元空間虛擬機(jī)中存在一個全局的空閑組塊列表。

當(dāng)一個類加載器需要組塊時，它就會從這個全局的組塊列表中獲取并維持一個自己的組塊列表。
當(dāng)一個類加載器不再存活時，那么其持有的組塊將會被釋放，并返回給全局組塊列表。
類加載器持有的組塊又會被分成多個塊，每一個塊存儲一個單元的元信息。組塊中的塊是線性分配（指針碰撞分配形式）。組塊分配自內(nèi)存映射區(qū)域。這些全局的虛擬內(nèi)存映射區(qū)域以鏈表形式連接，一旦某個虛擬內(nèi)存映射區(qū)域清空，這部分內(nèi)存就會返回給操作系統(tǒng)。

運(yùn)行時常量池

運(yùn)行時常量池在 JDK6 及之前版本的 JVM 中是方法區(qū)的一部分，而在 HotSpot 虛擬機(jī)中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)是永久代(Permanent Generation)。所以運(yùn)行時常量池也是在永久代的。

但是 JDK7 及之后版本的 JVM 已經(jīng)將字符串常量池從方法區(qū)中移了出來，在堆（Heap）中開辟了一塊區(qū)域存放運(yùn)行時常量池。

String.intern()是一個 Native 方法，它的作用是：如果運(yùn)行時常量池中已經(jīng)包含一個等于此 String 對象內(nèi)容的字符串，則返回常量池中該字符串的引用；如果沒有，則在常量池中創(chuàng)建與此 String 內(nèi)容相同的字符串，并返回常量池中創(chuàng)建的字符串的引用。

存在的問題

前面已經(jīng)提到，元空間虛擬機(jī)采用了組塊分配的形式，同時區(qū)塊的大小由類加載器類型決定。類信息并不是固定大小，因此有可能分配的空閑區(qū)塊和類需要的區(qū)塊大小不同，這種情況下可能導(dǎo)致碎片存在。元空間虛擬機(jī)目前并不支持壓縮操作，所以碎片化是目前最大的問題。

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