深入探究Java虚拟机——方法区和元空间

在 Java 虚拟机（JVM）中，内存的划分主要分为三部分：堆、方法区和 Java 虚拟机栈。方法区和元空间属于 Java 虚拟机规范中的概念，两者在不同的 Java 版本中有着不同的实现方式，但它们的功能和作用是相似的。

一、方法区和元空间的概念

方法区和元空间都是用于存储类的相关信息的内存区域。 方法区属于 Java 虚拟机规范中的概念，在 JDK 8 及之前的版本中，它被实现为永久代（PermGen），用于存放静态变量、类的信息、常量、方法信息等。由于永久代的固定大小和 GC 不够灵活，导致永久代泄漏的问题十分严重，从 JDK 8 开始，Oracle 将永久代改为了元空间（Metaspace），元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存，因此无需担心 GC 问题。

二、方法区和元空间的特性

1、共享性

方法区和元空间中存储的信息是任何线程共享的。这一特性在多个相同的类对象使用时非常有用，因为这些对象可以共享相同的类信息，降低内存使用量。

2、只读性

方法区和元空间存储的信息是只读的，一旦类加载进入方法区或元空间，就无法修改它们。在程序运行期间，只允许读取信息，而不允许在信息上进行修改。这个特性也是使用共享内存的优势，使得类共享的信息在多线程访问时不会出现数据不一致的问题。

3、自动内存管理

方法区和元空间的内存使用由 JVM 自动进行管理，即自动进行内存分配和回收。

三、方法区和元空间的主要内容

1、类信息

类信息是指加载到方法区或元空间中的类相关的一些信息，比如类的名称、父类的名称、实现接口的名称、类字段、类方法等。 例如，在一个 Web 应用程序中，多个 Servlet 可以共享相同的 Session 对象，这些 Servlet 的类信息都放在方法区或元空间中。这使得它们可以访问相同的 Session 对象，避免了多余的内存分配。

2、常量

常量是指在程序编译期间就确定下来并赋值的值。常量池存储了常量的值，方法区或元空间存储了指向常量池的引用。 例如，String 类的对象就被存储在方法区或元空间中，而字符串常量池则存储了这些 String 对象的值。

3、运行时常量池

运行时常量池是在运行期间由 JVM 动态生成的常量池，它具有临时性和独立性。具体来说，它是在堆上分配的，因此不会像方法区或元空间一样对 GC 产生影响。 例如，在使用反射机制时，运行时常量池就会在运行时生成相应的字节码。

4、方法数据

方法数据是指类的方法相关信息，方法的指令代码不在此列。 例如，方法区或元空间中存储的是 Java 类中所有函数的字节码信息和指向对应字节码的指针，包括方法名、参数列表、返回值类型等。

四、代码示例

/**
 * Java虚拟机必读—最详细的java堆、方法区、虚拟机栈介绍
 * 方法区范围实例
 */
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;
}

本文详细介绍了方法区和元空间的概念、特性、以及存储的主要内容。了解这些内存区域的信息，对于理解 JVM 内部的工作原理和性能调优都非常有帮助。