Java 8新特性 - (14)Hotspot删除永久代

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JDK 6、JDK 7、JDK 8 内存模型演变

这些版本的JVM内存模型主要有以下差异：

• JDK 6：有永久代，静态变量存放在永久代上。
• JDK 7：有永久代，但已经把字符串常量池、静态变量，存放在堆上。逐渐地减少永久代的使用。
• JDK 8：无永久代，运行时常量池、类常量池，都保存在元数据区，也就是常说的元空间。但字符串常量池仍然存放在堆上。

内存模型各区域概要

程序计数器

• 较小的内存空间、线程私有，记录当前线程所执行的字节码行号。
• 如果执行 Java 方法，计数器记录虚拟机字节码当前指令的地址，本地方法则为空。
• 这一块区域没有任何 OutOfMemoryError 定义。

Java虚拟机栈

• 每一个方法在执行的同时，都会创建出一个栈帧，用于存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口、线程等信息。
• 方法从调用到执行完成，都对应着栈帧从虚拟机中入栈和出栈的过程。
• 最终，栈帧会随着方法的创建到结束而销毁。

本地方法栈

• 本地方法栈与Java虚拟机栈作用类似，唯一不同的就是本地方法栈执行的是Native方法，而虚拟机栈是为JVM执行Java方法服务的。
• 与 Java 虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。
• Java 8 HotSpot虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

堆和元空间

Java 8 JVM 的内存结构主要由三大块组成：堆内存、元空间和栈，Java 堆是内存空间占据最大的一块区域。

• Java 堆，由年轻代和年老代组成，分别占据1/3和2/3。
• 而年轻代又分为三部分，Eden、From Survivor、To Survivor，占据比例为8:1:1，可调。
• 这里特意画出了元空间，也就是直接内存区域。在 Java 8 之后就不在堆上分配方法区了。
• 元空间从虚拟机Java堆中转移到本地内存，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存的限制，说白了也就是以后不会因为永久代空间不够而抛出OOM异常出现了。Java 8以前版本的 class和JAR包数据存储在 PermGen下面 ，PermGen 大小是固定的，而且项目之间无法共用，公有的 class，所以比较容易出现OOM异常。

常量池

从 Java 7开始把常量池从永久代中剥离，直到 Java 8 去掉了永久代。而字符串常量池一直放在堆空间，用于存储字符串对象，或是字符串对象的引用。

为什么废弃永久代（PermGen）

参照官方说明 JEP122：http://openjdk.java.net/jeps/122：

Motivation This is part of the JRockit and Hotspot convergence effort. JRockit customers do not need to configure the permanent generation (since JRockit does not have a permanent generation) and are accustomed to not configuring the permanent generation.

即：移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代。

同时，在实际使用过程中，由于永久代内存经常不够用或发生内存泄露，容易爆出异常java.lang.OutOfMemoryError: PermGen。这里的 “PermGen space”其实指的就是方法区。不过方法区和“PermGen space”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 “PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 并没有“PermGen space”。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。

深入理解元空间（Metaspace）

元空间的内存大小

元空间是方法区的在HotSpot jvm 中的实现，方法区主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”。

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。，理论上取决于32位/64位系统可虚拟的内存大小。可见也不是无限制的，需要配置参数。

常用配置参数

1. MetaspaceSize
   初始化的Metaspace大小，控制元空间发生GC的阈值。GC后，动态增加或降低MetaspaceSize。在默认情况下，这个值大小根据不同的平台在12M到20M浮动。使用Java -XX:+PrintFlagsInitial命令查看本机的初始化参数
2. MaxMetaspaceSize
   限制Metaspace增长的上限，防止因为某些情况导致Metaspace无限的使用本地内存，影响到其他程序。在本机上该参数的默认值为4294967295B（大约4096MB）。
3. MinMetaspaceFreeRatio
   当进行过Metaspace GC之后，会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比小于这个参数（即实际非空闲占比过大，内存不够用），那么虚拟机将增长Metaspace的大小。默认值为40，也就是40%。设置该参数可以控制Metaspace的增长的速度，太小的值会导致Metaspace增长的缓慢，Metaspace的使用逐渐趋于饱和，可能会影响之后类的加载。而太大的值会导致Metaspace增长的过快，浪费内存。
4. MaxMetasaceFreeRatio
   当进行过Metaspace GC之后， 会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比大于这个参数，那么虚拟机会释放Metaspace的部分空间。默认值为70，也就是70%。
5. MaxMetaspaceExpansion
   Metaspace增长时的最大幅度。在本机上该参数的默认值为5452592B（大约为5MB）。
6. MinMetaspaceExpansion
   Metaspace增长时的最小幅度。在本机上该参数的默认值为340784B（大约为330KB）。

参考：

• https://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html
• https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/6770188.html
• https://segmentfault.com/a/1190000038862239