在JDK1.7之前，HotSpot 虚拟机把方法区当成永久代来进行垃圾回收。而从 JDK 1.8 开始，移除永久代，并把方法区移至元空间，它位于本地内存中，而不是虚拟机内存中。 HotSpots取消了永久代，那么是不是也就没有方法区了呢？

当然不是，方法区是一个规范，规范没变，它就一直在，只不过取代永久代的是元空间（Metaspace）而已。

一、元空间

它和永久代有什么不同的？

• 存储位置不同：永久代在物理上是堆的一部分，和新生代、老年代的地址是连续的，而元空间属于本地内存。
• 存储内容不同：在原来的永久代划分中，永久代用来存放类的元数据信息、静态变量以及常量池等。现在类的元信息存储在元空间中，静态变量和常量池等并入堆中，相当于原来的永久代中的数据，被元空间和堆内存给瓜分了。
  

1.1 为什么要废弃永久代，引入元空间？

相比于之前的永久代划分，Oracle为什么要做这样的改进呢？

• 在原来的永久代划分中，永久代需要存放类的元数据、静态变量和常量等。它的大小不容易确定，因为这其中有很多影响因素比如类的总数，常量池的大小和方法数量等，-XX:MaxPermSize 指定太小很容易造成永久代内存溢出。
• 移除永久代是为融合HotSpot VM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
• 永久代会为GC带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

1.2 废除永久代的好处

• 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。不会遇到永久代存在时的内存溢出错误。
• 将运行时常量池从PermGen分离出来，与类的元数据分开，提升类元数据的独立性。
• 将元数据从PermGen剥离出来到Metaspace，可以提升对元数据的管理同时提升GC效率。

1.3 Metaspace相关参数

• XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如
  果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提
  高该值。
• -XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。如果没有使用该参数来设置类的元数据的大小，其大可利用空间是整个系统内存的可用空间。JVM也可以增加本地内存空间来满足类元数据信息的存储。
  但是如果没有设置最大值，则可能存在bug导致Metaspace的空间在不停的扩展，会导致机器的内存不足；进而可能出现swap内存被耗尽；最终导致进程直接被系统直接kill掉。
  如果设置了该参数，当Metaspace剩余空间不足，会抛出：java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace space。
• -XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集。
• -XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集。

二、方法区

2.1 方法区的理解

方法区（Method Area） 与Java堆一样， 是各个线程共享的内存区域， 它用于存储已被虚拟机加载 的类型信息、常量、 静态变量、 即时编译器编译后的代码缓存等数据。

【oracle官方文档】The Structure of the Java Virtual Machine

《Java虚拟机规范》中明确说明：“尽管所有的方法区在逻辑上是属于堆的一部分，但些简单的实现可能不会选择去进行垃圾收集或者进行压缩”。对HotSpot而言，方法区还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），就是要和堆分开

元空间、永久代是方法区具体的落地实现。方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间，它主要是用来存储所加载的类信息的

2.2 方法区的特点

• 方法区与堆一样是各个线程共享的内存区域
• 方法区在JVM启动的时候就会被创建并且它实例的物理内存空间和Java堆一样都可以不连续
• 方法区的大小跟堆空间一样 可以选择固定大小或者动态变化
• 方法区的对象决定了系统可以保存多少个类,如果系统定义了太多的类,导致方法区溢出虚拟机同样会跑出(OOM)异常(Java7之前是 PermGen Space (永久带) Java 8之后 是MetaSpace(元空间) )
• 关闭JVM就会释放这个区域的内存

2.2 方法区结构

2.2.1 方法区的内部结构

类加载器将Class文件加载到内存之后，将类的信息存储到方法区中。

2.2.2 方法区中存储的内容

• 类型信息（域信息、方法信息）
• 运行时常量池

类型信息

对每个加载的类型（类Class、接口 interface、枚举enum、注解 annotation），JVM必须在方法区中存储以下类型信
息：
① 这个类型的完整有效名称（全名 = 包名.类名）
② 这个类型直接父类的完整有效名（对于 interface或是java.lang. Object，都没有父类）
③ 这个类型的修饰符（ public, abstract，final的某个子集）
④ 这个类型直接接口的一个有序列表

域信息

域信息，即为类的属性，成员变量
JVM必须在方法区中保存类所有的成员变量相关信息及声明顺序。
域的相关信息包括：域名称、域类型、域修饰符（pυblic、private、protected、static、final、volatile、transient的某个子集）

方法信息

JVM必须保存所有方法的以下信息，同域信息一样包括声明顺序：

1. 方法名称方法的返回类型（或void）
2. 方法参数的数量和类型（按顺序）
3. 方法的修饰符public、private、protected、static、final、synchronized、native,、abstract的一个子集
4. 方法的字节码bytecodes、操作数栈、局部变量表及大小（ abstract和native方法除外）
5. 异常表（ abstract和 native方法除外）。每个异常处理的开始位置、结束位置、代码处理在程序计数器中的偏移地址、被捕获的异常类的常量池索引

2.3 方法区设置

方法区的大小不必是固定的，JVM可以根据应用的需要动态调整。

2.3.1 jdk7及以前

• 通过-xx:Permsize来设置永久代初始分配空间。默认值是20.75M
• -XX:MaxPermsize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M，64位机器模式是82M
• 当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报异常OutofMemoryError:PermGen space。

查看JDK PermSpace区域默认大小：

jps #是java提供的一个显示当前所有java进程pid的命令
jinfo -flag PermSize 进程号 #查看进程的PermSize初始化空间大小
jinfo -flag MaxPermSize 进程号 #查看PermSize最大空间

2.3.2 JDK8以后

元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize 和 -XX:MaxMetaspaceSize指定默认值依赖于平台。windows下，-XX:MetaspaceSize是21M，-XX:MaxMetaspaceSize的值是-1，即没有限制。

与永久代不同，如果不指定大小，默认情况下，虚拟机会耗尽所有的可用系统内存。如果元数据区发生溢出，虚拟机一样会抛出异常OutOfMemoryError:Metaspace
-XX:MetaspaceSize：设置初始的元空间大小。对于一个64位的服务器端JVM来说，其默认的-xx:MetaspaceSize值为21MB。这就是初始的高水位线，一旦触及这个水位线，FullGC将会被触发并卸载没用的类（即这些类对应的类加载器不再存活）然后这个高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放了多少元空间。如果释放的空间不足，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。如果释放空间过多，则适当降低该值。
如果初始化的高水位线设置过低，上述高水位线调整情况会发生很多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到FullGC多次调用。为了避免频繁地GC，建议将-XX:MetaspaceSize设置为一个相对较高的值

jps #查看进程号
jinfo -flag MetaspaceSize 进程号 #查看Metaspace 最大分配内存空间
jinfo -flag MaxMetaspaceSize 进程号 #查看Metaspace最大空间

2.4 运行时常量池

2.4.1 常量池vs运行时常量池

字节码文件中，内部包含了常量池

方法区中，内部包含了运行时常量池

常量池：存放编译期间生成的各种字面量与符号引用

运行时常量池：常量池表在运行时的表现形式

编译后的字节码文件中包含了类型信息、域信息、方法信息等。通过ClassLoader将字节码文件的常量池中的信息加载到内存中，存储在了方法区的运行时常量池中。

理解为字节码中的常量池 Constant pool 只是文件信息，它想要执行就必须加载到内存中。而Java程序是靠JVM，更具体的来说是JVM的执行引擎来解释执行的。执行引擎在运行时常量池中取数据，被加载的字节码常量池中的信息是放到了方法区的运行时常量池中。

它们不是一个概念，存放的位置是不同的。一个在字节码文件中，一个在方法区中。

对字节码文件反编译之后，查看常量池相关信息：

要弄清楚方法区的运行时常量池，需要理解清楚字节码中的常量池。
一个有效的字节码文件中除了包含类的版本信息、字段、方法以及接口等描述信息外，还包含一项信息那就是常量
池表（ Constant pool table），包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。
常量池，可以看做是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等类型。
常量池表Constant pool table：

在方活中对常量池表的符号引用

2.4.2 为什么需要常量池？

public class Solution {

	public void method() {
		System.out.println("are you ok");
	}

}

这段代码很简单，但是里面却使用了 String、 System、 PrintStream及Object等结构。如果代码多，引用到的结构会更多！这里就需要常暈池，将这些引用转变为符号引用，具体用到时，采取加载。

三、直接内存

直接内存（Direct Memory） 并不是虚拟机运行时数据区的一部分。

在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类， 引入了一种基于通道（Channel） 与缓冲区（Buwer） 的I/O方式， 它可以使用Native函数库直接分配堆外内存， 然后通过一个存储在Java里面的 DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。 这样能在一些场景中显著提高性能， 因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

NIO的Buffer提供一个可以直接访问系统物理内存的类——DirectBuffer。DirectBuffer类继承自ByteBuffer，但和普通的ByteBuffer不同。普通的ByteBuffer仍在JVM堆上分配内存，其最大内存受到最大堆内存的限制。而DirectBuffer直接分配在物理内存中，并不占用堆空间。在访问普通的ByteBuffer时，系统总是会使用一个“内核缓冲区”进行操作。
而DirectBuffer所处的位置，就相当于这个“内核缓冲区”。因此，使用DirectBuffer是一种更加接近内存底层的方法，所以它的速度比普通的ByteBuffer更快。

通过使用堆外内存，可以带来以下好处：

1. 改善堆过大时垃圾回收效率，减少停顿。Full GC时会扫描堆内存，回收效率和堆大小成正比。Native的内存，由OS负责管理和回收。
2. 减少内存在Native堆和JVM堆拷贝过程，避免拷贝损耗，降低内存使用。
3. 可突破JVM内存大小限制。