如果在網(wǎng)絡(luò)上搜索JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)，90%的可能會(huì)搜到Java7及以前的內(nèi)存圖，本篇文章將會(huì)對JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)再次細(xì)化，深入理解Java8之后的內(nèi)部變化。

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再來看一下《 JVM之內(nèi)存結(jié)構(gòu)詳解 》中的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖。

為了更細(xì)化的講解，我們將該圖進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整。針對java7及以前版本的細(xì)化。

看出變化了嗎?堆和方法區(qū)連在了一起，但這并不能說堆和方法區(qū)是一起的，它們在邏輯上依舊是分開的。但在物理上來說，它們又是連續(xù)的一塊內(nèi)存。也就是說，方法區(qū)和前面講到的Eden和老年代是連續(xù)的。

在繼續(xù)進(jìn)行下去之前，我們先來理解兩個(gè)概念：規(guī)范和實(shí)現(xiàn)。

規(guī)范和實(shí)現(xiàn)

針對Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)有專門的《Java虛擬機(jī)規(guī)范》，在遵守規(guī)范的前提下，不同的廠商會(huì)對虛擬機(jī)進(jìn)行不同的實(shí)現(xiàn)。 就好比開發(fā)的過程中定義了接口，具體的接口實(shí)現(xiàn)大家可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

我們通常使用的Java SE都是由Sun JDK和OpenJDK所提供，這也是應(yīng)用最廣泛的版本。而該版本使用的VM就是HotSpot VM。通常情況下，我們所講的java虛擬機(jī)指的就是HotSpot的版本。

永久代(PermGen)

上面理解了規(guī)范和實(shí)現(xiàn)之后，來看認(rèn)識(shí)一個(gè)概念“永久代(Permanet Generation，也稱PermGen)”。對于習(xí)慣了在HotSpot虛擬機(jī)上開發(fā)、部署的程序員來說，很多都愿意將方法區(qū)稱作永久代。

本質(zhì)上來講兩者并不等價(jià)，僅因?yàn)镠otspot將GC分代擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)。在其他虛擬機(jī)上是沒有永久代的概念的。也就是說方法區(qū)是規(guī)范，永久代是Hotspot針對該規(guī)范進(jìn)行的實(shí)現(xiàn)。

理解上面的概念之后，我們對Java7及以前版本的堆和方法區(qū)的構(gòu)造再進(jìn)行一下變動(dòng)。

再重復(fù)一遍就是對Java7及以前版本的Hotspot中方法區(qū)位于永久代中。同時(shí)，永久代和堆是相互隔離的，但它們使用的物理內(nèi)存是連續(xù)的。

永久代的垃圾收集是和老年代捆綁在一起的，因此無論誰滿了，都會(huì)觸發(fā)永久代和老年代的垃圾收集。

但在Java7中永久代中存儲(chǔ)的部分?jǐn)?shù)據(jù)已經(jīng)開始轉(zhuǎn)移到Java Heap或Native Memory中了。比如，符號(hào)引用(Symbols)轉(zhuǎn)移到了Native Memory;字符串常量池(interned strings)轉(zhuǎn)移到了Java Heap;類的靜態(tài)變量(class statics)轉(zhuǎn)移到了Java Heap。

然后，在Java8中，時(shí)代變了，Hotspot取消了永久代。永久代真的成了永久的記憶。永久代的參數(shù)-XX:PermSize和-XX：MaxPermSize也隨之失效。

元空間(Metaspace)

對于Java8，HotSpots取消了永久代，那么是不是就沒有方法區(qū)了呢?當(dāng)然不是，方法區(qū)只是一個(gè)規(guī)范，只不過它的實(shí)現(xiàn)變了。

在Java8中，元空間(Metaspace)登上舞臺(tái)，方法區(qū)存在于元空間(Metaspace)。同時(shí)，元空間不再與堆連續(xù)，而且是存在于本地內(nèi)存(Native memory)。

本地內(nèi)存(Native memory)，也稱為C-Heap，是供JVM自身進(jìn)程使用的。當(dāng)Java Heap空間不足時(shí)會(huì)觸發(fā)GC，但Native memory空間不夠卻不會(huì)觸發(fā)GC。

針對Java8的調(diào)整，我們再次對內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行調(diào)整。

元空間存在于本地內(nèi)存，意味著只要本地內(nèi)存足夠，它不會(huì)出現(xiàn)像永久代中“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”這種錯(cuò)誤。看上圖中的方法區(qū)，是不是“膨脹”了。

默認(rèn)情況下元空間是可以無限使用本地內(nèi)存的，但為了不讓它如此膨脹，JVM同樣提供了參數(shù)來限制它使用的使用。

• -XX:MetaspaceSize，class metadata的初始空間配額，以bytes為單位，達(dá)到該值就會(huì)觸發(fā)垃圾收集進(jìn)行類型卸載，同時(shí)GC會(huì)對該值進(jìn)行調(diào)整：如果釋放了大量的空間，就適當(dāng)?shù)慕档驮撝?如果釋放了很少的空間，那么在不超過MaxMetaspaceSize(如果設(shè)置了的話)，適當(dāng)?shù)奶岣咴撝怠?/li>
• -XX：MaxMetaspaceSize，可以為class metadata分配的最大空間。默認(rèn)是沒有限制的。
• -XX：MinMetaspaceFreeRatio,在GC之后，最小的Metaspace剩余空間容量的百分比，減少為class metadata分配空間導(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class metadata釋放空間導(dǎo)致的垃圾收集。

永久代為什么被替換了

思考一下，為什么使用元空間替換永久代?

表面上看是為了避免OOM異常。因?yàn)橥ǔＪ褂肞ermSize和MaxPermSize設(shè)置永久代的大小就決定了永久代的上限，但是不是總能知道應(yīng)該設(shè)置為多大合適, 如果使用默認(rèn)值很容易遇到OOM錯(cuò)誤。

當(dāng)使用元空間時(shí)，可以加載多少類的元數(shù)據(jù)就不再由MaxPermSize控制, 而由系統(tǒng)的實(shí)際可用空間來控制。

更深層的原因還是要合并HotSpot和JRockit的代碼，JRockit從來沒有所謂的永久代，也不需要開發(fā)運(yùn)維人員設(shè)置永久代的大小，但是運(yùn)行良好。同時(shí)也不用擔(dān)心運(yùn)行性能問題了,在覆蓋到的測試中, 程序啟動(dòng)和運(yùn)行速度降低不超過1%，但是這點(diǎn)性能損失換來了更大的安全保障。