Class對(duì)象是存放在堆區(qū)的，不是方法區(qū)，這點(diǎn)很多人容易犯錯(cuò)。類的元數(shù)據(jù)（元數(shù)據(jù)并不是類的Class對(duì)象。Class對(duì)象是加載的最終產(chǎn)品，類的方法代碼，變量名，方法名，訪問權(quán)限，返回值等等都是在方法區(qū)的）才是存在方法區(qū)的。

方法區(qū)

在一個(gè)JVM實(shí)例的內(nèi)部，類型信息被存儲(chǔ)在一個(gè)稱為方法區(qū)的內(nèi)存邏輯區(qū)中。類型信息是由類加載器在類加載時(shí)從類文件中提取出來(lái)的。類(靜態(tài))變量也存儲(chǔ)在方法區(qū)中。

JVM實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)者決定了類型信息的內(nèi)部表現(xiàn)形式。如，多字節(jié)變量在類文件是以big-endian存儲(chǔ)的，但在加載到方法區(qū)后，其存放形式由jvm根據(jù)不同的平臺(tái)來(lái)具體定義。

JVM在運(yùn)行應(yīng)用時(shí)要大量使用存儲(chǔ)在方法區(qū)中的類型信息。在類型信息的表示上，設(shè)計(jì)者除了要盡可能提高應(yīng)用的運(yùn)行效率外，還要考慮空間問題。根據(jù)不同的需求，JVM的實(shí)現(xiàn)者可以在時(shí)間和空間上追求一種平衡。

因?yàn)榉椒▍^(qū)是被所有線程共享的，所以必須考慮數(shù)據(jù)的線程安全。假如兩個(gè)線程都在試圖找lava的類，在lava類還沒有被加載的情況下，只應(yīng)該有一個(gè)線程去加載，而另一個(gè)線程等待。

方法區(qū)的大小不必是固定的，jvm可以根據(jù)應(yīng)用的需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整。同樣方法區(qū)也不必是連續(xù)的。方法區(qū)可以在堆(甚至是虛擬機(jī)自己的堆)中分配。jvm可以允許用戶和程序指定方法區(qū)的初始大小，最小和最大尺寸。

方法區(qū)同樣存在垃圾收集，因?yàn)橥ㄟ^用戶定義的類加載器可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展java程序，一些類也會(huì)成為垃圾。jvm可以回收一個(gè)未被引用類所占的空間，以使方法區(qū)的空間最小。

類型信息

對(duì)每個(gè)加載的類型，jvm必須在方法區(qū)中存儲(chǔ)以下類型信息：

一 這個(gè)類型的完整有效名

二 這個(gè)類型直接父類的完整有效名(除非這個(gè)類型是interface或是

java.lang.Object，兩種情況下都沒有父類)

三 這個(gè)類型的修飾符(public,abstract, final的某個(gè)子集)

四 這個(gè)類型直接接口的一個(gè)有序列表

類型名稱在java類文件和jvm中都以完整有效名出現(xiàn)。在java源代碼中，完整有效名由類的所屬包名稱加一個(gè)”.”，再加上類名

組成。例如，類Object的所屬包為java.lang，那它的完整名稱為java.lang.Object，但在類文件里，所有的”.”都被

斜杠“/”代替，就成為java/lang/Object。完整有效名在方法區(qū)中的表示根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)而不同。

除了以上的基本信息外，jvm還要為每個(gè)類型保存以下信息：

類型的常量池( constant pool)

域(Field)信息

方法(Method)信息

除了常量外的所有靜態(tài)(static)變量

常量池

jvm為每個(gè)已加載的類型都維護(hù)一個(gè)常量池。常量池就是這個(gè)類型用到的常量的一個(gè)有序集合，包括實(shí)際的常量(string,

integer, 和floating point常量)和對(duì)類型，域和方法的符號(hào)引用。池中的數(shù)據(jù)項(xiàng)象數(shù)組項(xiàng)一樣，是通過索引訪問的。

因?yàn)槌Ａ砍卮鎯?chǔ)了一個(gè)類型所使用到的所有類型，域和方法的符號(hào)引用，所以它在java程序的動(dòng)態(tài)鏈接中起了核心的作用。

域信息

jvm必須在方法區(qū)中保存類型的所有域的相關(guān)信息以及域的聲明順序，

域的相關(guān)信息包括：

域名

域類型

域修飾符(public, private, protected,static,final volatile, transient的某個(gè)子集)

方法信息

jvm必須保存所有方法的以下信息，同樣域信息一樣包括聲明順序

方法名

方法的返回類型(或 void)

方法參數(shù)的數(shù)量和類型(有序的)

方法的修飾符(public, private, protected, static, final, synchronized, native, abstract的一個(gè)子集)除了abstract和native方法外，其他方法還有保存方法的字節(jié)碼(bytecodes)操作數(shù)棧和方法棧幀的局部變量區(qū)的大小

異常表

類變量( Class Variables 譯者:就是類的靜態(tài)變量，它只與類相關(guān)，所以稱為類變量 )

類變量被類的所有實(shí)例共享，即使沒有類實(shí)例時(shí)你也可以訪問它。這些變量只與類相關(guān)，所以在方法區(qū)中，它們成為類數(shù)據(jù)在邏輯上的一部分。在jvm使用一個(gè)類之前，它必須在方法區(qū)中為每個(gè)non-final類變量分配空間。

常量(被聲明為final的類變量)的處理方法則不同，每個(gè)常量都會(huì)在常量池中有一個(gè)拷貝。non-final類變量被存儲(chǔ)在聲明它的

類信息內(nèi)，而final類被存儲(chǔ)在所有使用它的類信息內(nèi)。

對(duì)類加載器的引用

jvm必須知道一個(gè)類型是由啟動(dòng)加載器加載的還是由用戶類加載器加載的。如果一個(gè)類型是由用戶類加載器加載的，那么jvm會(huì)將這個(gè)類加載器的一個(gè)引用作為類型信息的一部分保存在方法區(qū)中。

jvm在動(dòng)態(tài)鏈接的時(shí)候需要這個(gè)信息。當(dāng)解析一個(gè)類型到另一個(gè)類型的引用的時(shí)候，jvm需要保證這兩個(gè)類型的類加載器是相同的。這對(duì)jvm區(qū)分名字空間的方式是至關(guān)重要的。

對(duì)Class類的引用

jvm為每個(gè)加載的類型(譯者：包括類和接口)都創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class的實(shí)例。而jvm必須以某種方式把Class的這個(gè)實(shí)例和存儲(chǔ)在方法區(qū)中的類型數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)。

你可以通過Class類的一個(gè)靜態(tài)方法得到這個(gè)實(shí)例的引用// A method declared in class java.lang.Class:

public static Class forName(String className);

假如你調(diào)用forName(“java.lang.Object”)，你會(huì)得到與java.lang.Object對(duì)應(yīng)的類對(duì)象。你甚至可以通過這個(gè)函數(shù) 得到任何包中的任何已加載的類引用，只要這個(gè)類能夠被加載到當(dāng)前的名字空間。如果jvm不能把類加載到當(dāng)前名字空間，forName就會(huì)拋出ClassNotFoundException。

(譯者：熟悉COM的朋友一定會(huì)想到，在COM中也有一個(gè)稱為 類對(duì)象(Class Object)的東東，這個(gè)類對(duì)象主要 是實(shí)現(xiàn)一種工廠模式，而java由于有了jvm這個(gè)中間 層，類對(duì)象可以很方便的提供更多的信息。這兩種類對(duì)象 都是Singleton的)

也可以通過任一對(duì)象的getClass()函數(shù)得到類對(duì)象的引用，getClass被聲明在Object類中：

// A method declared in class java.lang.Object:

public final Class getClass();

例如，假如你有一個(gè)java.lang.Integer的對(duì)象引用，可以激活getClass()得到對(duì)應(yīng)的類引用。

通過類對(duì)象的引用，你可以在運(yùn)行中獲得相應(yīng)類存儲(chǔ)在方法區(qū)中的類型信息，下面是一些Class類提供的方法：

// Some of the methods declared in class java.lang.Class:

public String getName();

public Class getSuperClass();

public boolean isInterface();

public Class[] getInterfaces();

public ClassLoader getClassLoader();

這些方法僅能返回已加載類的信息。getName()返回類的完整名，getSuperClass()返回父類的類對(duì)象，isInterface()判斷是否是接口。getInterfaces()返回一組類對(duì)象，每個(gè)類對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)直接父接口。如果沒有，則返回一個(gè)長(zhǎng)度為零的數(shù)組。

getClassLoader()返回類加載器的引用，如果是由啟動(dòng)類加載器加載的則返回null。所有的這些信息都直接從方法區(qū)中獲得。

方法表

為了提高訪問效率，必須仔細(xì)的設(shè)計(jì)存儲(chǔ)在方法區(qū)中的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)。除了以上討論的結(jié)構(gòu)，jvm的實(shí)現(xiàn)者還可以添加一些其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如方法表。jvm對(duì)每個(gè)加載的非虛擬類的類型信息中都添加了一個(gè)方法表，方法表是一組對(duì)類實(shí)例方法的直接引用(包括從父類繼承的方法)。jvm可以通過方法表快速激活實(shí)例方法。(譯者：這里的方法表與C++中的虛擬函數(shù)表一樣，但java方法全都 是virtual的，自然也不用虛擬二字了。正像java宣稱沒有 指針了，其實(shí)java里全是指針。更安全只是加了更完備的檢查機(jī)制，但這都是以犧牲效率為代價(jià)的,個(gè)人認(rèn)為java的設(shè)計(jì)者 始終是把安全放在效率之上的，所有java才更適合于網(wǎng)絡(luò)開發(fā))

舉一個(gè)例子

為了顯示jvm如何使用方法區(qū)中的信息，我們據(jù)一個(gè)例子，我們

看下面這個(gè)類：

class Lava {

private int speed = 5; // 5 kilometers per hour

void flow() {

}

}

class Volcano {

public static void main(String[] args) {

Lava lava = new Lava();

lava.flow();

}

}

下面我們描述一下main()方法的第一條指令的字節(jié)碼是如何被執(zhí)行的。不同的jvm實(shí)現(xiàn)的差別很大，這里只是其中之一。

為了運(yùn)行這個(gè)程序，你以某種方式把“Volcano”傳給了jvm。有了這個(gè)名字，jvm找到了這個(gè)類文件(Volcano.class)并讀入，它從類文件提取了類型信息并放在了方法區(qū)中，通過解析存在方法區(qū)中的字節(jié)碼，jvm激活了main()方法，在執(zhí)行時(shí)，jvm保持了一個(gè)指向當(dāng)前類(Volcano)常量池的指針。

注意jvm在還沒有加載Lava類的時(shí)候就已經(jīng)開始執(zhí)行了。正像大多數(shù)的jvm一樣，不會(huì)等所有類都加載了以后才開始執(zhí)行，它只會(huì)在需要的時(shí)候才加載。

main()的第一條指令告知jvm為列在常量池第一項(xiàng)的類分配足夠的內(nèi)存。jvm使用指向Volcano常量池的指針找到第一項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)是一個(gè)對(duì)Lava類的符號(hào)引用，然后它就檢查方法區(qū)看lava是否已經(jīng)被加載了。

這個(gè)符號(hào)引用僅僅是類lava的完整有效名”lava“。這里我們看到為了jvm能盡快從一個(gè)名稱找到一個(gè)類，一個(gè)良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是多么重要。這里jvm的實(shí)現(xiàn)者可以采用各種方法，如hash表，查找樹等等。同樣的算法可以用于Class類的forName()的實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)jvm發(fā)現(xiàn)還沒有加載過一個(gè)稱為”Lava”的類，它就開始查找并加載類文件”Lava.class”。它從類文件中抽取類型信息并放在了方法區(qū)中。

jvm于是以一個(gè)直接指向方法區(qū)lava類的指針替換了常量池第一項(xiàng)的符號(hào)引用。以后就可以用這個(gè)指針快速的找到lava類了。而這個(gè)替換過程稱為常量池解析(constant pool resolution)。在這里我們替換的是一個(gè)native指針。

jvm終于開始為新的lava對(duì)象分配空間了。這次，jvm仍然需要方法區(qū)中的信息。它使用指向lava數(shù)據(jù)的指針(剛才指向volcano常量池第一項(xiàng)的指針)找到一個(gè)lava對(duì)象究竟需要多少空間。

jvm總能夠從存儲(chǔ)在方法區(qū)中的類型信息知道某類型對(duì)象需要的空間。但一個(gè)對(duì)象在不同的jvm中可能需要不同的空間，而且它的空間分布也是不同的。(譯者：這與在C++中，不同的編譯器也有不同的對(duì)象模型是一個(gè)道理)

一旦jvm知道了一個(gè)Lava對(duì)象所要的空間，它就在堆上分配這個(gè)空間并把這個(gè)實(shí)例的變量speed初始化為缺省值0。假如lava的父對(duì)象也有實(shí)例變量，則也會(huì)初始化。

當(dāng)把新生成的lava對(duì)象的引用壓到棧中，第一條指令也結(jié)束了。下面的指令利用這個(gè)引用激活java代碼把speed變量設(shè)為初始值，5。另外一條指令會(huì)用這個(gè)引用激活Lava對(duì)象的flow()方法。