深入探究Java虛擬機——方法區和元空間

在 Java 虛擬機（JVM）中，內存的劃分主要分為三部分：堆、方法區和 Java 虛擬機棧。方法區和元空間屬於 Java 虛擬機規範中的概念，兩者在不同的 Java 版本中有着不同的實現方式，但它們的功能和作用是相似的。

一、方法區和元空間的概念

方法區和元空間都是用於存儲類的相關信息的內存區域。

方法區屬於 Java 虛擬機規範中的概念，在 JDK 8 及之前的版本中，它被實現為永久代（PermGen），用於存放靜態變量、類的信息、常量、方法信息等。由於永久代的固定大小和 GC 不夠靈活，導致永久代泄漏的問題十分嚴重，從 JDK 8 開始，Oracle 將永久代改為了元空間（Metaspace），元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存，因此無需擔心 GC 問題。

二、方法區和元空間的特性

1、共享性

方法區和元空間中存儲的信息是任何線程共享的。這一特性在多個相同的類對象使用時非常有用，因為這些對象可以共享相同的類信息，降低內存使用量。

2、只讀性

方法區和元空間存儲的信息是只讀的，一旦類加載進入方法區或元空間，就無法修改它們。在程序運行期間，只允許讀取信息，而不允許在信息上進行修改。這個特性也是使用共享內存的優勢，使得類共享的信息在多線程訪問時不會出現數據不一致的問題。

3、自動內存管理

方法區和元空間的內存使用由 JVM 自動進行管理，即自動進行內存分配和回收。

三、方法區和元空間的主要內容

1、類信息

類信息是指加載到方法區或元空間中的類相關的一些信息，比如類的名稱、父類的名稱、實現接口的名稱、類字段、類方法等。

例如，在一個 Web 應用程序中，多個 Servlet 可以共享相同的 Session 對象，這些 Servlet 的類信息都放在方法區或元空間中。這使得它們可以訪問相同的 Session 對象，避免了多餘的內存分配。

2、常量

常量是指在程序編譯期間就確定下來並賦值的值。常量池存儲了常量的值，方法區或元空間存儲了指向常量池的引用。

例如，String 類的對象就被存儲在方法區或元空間中，而字符串常量池則存儲了這些 String 對象的值。

3、運行時常量池

運行時常量池是在運行期間由 JVM 動態生成的常量池，它具有臨時性和獨立性。具體來說，它是在堆上分配的，因此不會像方法區或元空間一樣對 GC 產生影響。

例如，在使用反射機制時，運行時常量池就會在運行時生成相應的字節碼。

4、方法數據

方法數據是指類的方法相關信息，方法的指令代碼不在此列。

例如，方法區或元空間中存儲的是 Java 類中所有函數的字節碼信息和指向對應字節碼的指針，包括方法名、參數列表、返回值類型等。

四、代碼示例

/**
 * Java虛擬機必讀—最詳細的java堆、方法區、虛擬機棧介紹
 * 方法區範圍實例
 */
public class MethodAreaSize {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            CglibBean bean = new CglibBean("com.huawei.Resource：" + i, new HashMap());
        }
    }
}

class CglibBean {
    public CglibBean(String key, Object value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    public String getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(String key) {
        this.key = key;
    }

    public Object getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(Object value) {
        this.value = value;
    }

    private String key;
    private Object value;
}

本文詳細介紹了方法區和元空間的概念、特性、以及存儲的主要內容。了解這些內存區域的信息，對於理解 JVM 內部的工作原理和性能調優都非常有幫助。