Java HotSpot 虛擬機(jī)是 Java SE 平臺(tái)的一個(gè)核心組件。它實(shí)現(xiàn) Java 虛擬機(jī)規(guī)范，并作為 Java 運(yùn)行時(shí)環(huán)境中的一個(gè)共享庫來提供。作為 Java 字節(jié)碼執(zhí)行引擎，它在多種操作系統(tǒng)和架構(gòu)上提供 Java 運(yùn)行時(shí)設(shè)施，如線程和對(duì)象同步。它包括自適應(yīng)將 Java 字節(jié)碼編譯成優(yōu)化機(jī)器指令的動(dòng)態(tài)編譯器，并使用為降低暫停時(shí)間和吞吐量而優(yōu)化的垃圾收集器來高效管理 Java 堆。它為分析、監(jiān)視和調(diào)試工具及應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)和信息。
最近在研究它在1.8中的新特性：
- JAVA 從永久區(qū)（PermGen）到元空間（Metaspace）
JAVA 從永久區(qū)（PermGen）到元空間（Metaspace）
1. 永久代
在說java8內(nèi)存模型之前先說一下永久代的概念。
在Java虛擬機(jī)(JVM)內(nèi)部，class文件中包括類的版本、字段、方法、接口等描述信息，還有運(yùn)行時(shí)常量池，用于存放編譯器生成的各種字面量和符號(hào)引用。
在過去類大多是”static”的，很少被卸載或收集，因此被稱為“永久的(Permanent)”。
同時(shí)，由于類class是JVM實(shí)現(xiàn)的一部分，并不是由應(yīng)用創(chuàng)建的，所以又被認(rèn)為是“非堆(non-heap)”內(nèi)存。
在JDK8之前的HotSpot JVM，存放這些”永久的”的區(qū)域叫做“永久代(permanent generation)”。
永久代是一片連續(xù)的堆空間，在JVM啟動(dòng)之前通過在命令行設(shè)置參數(shù)-XX:MaxPermSize來設(shè)定永久代最大可分配的內(nèi)存空間，默認(rèn)大小是64M（64位JVM由于指針膨脹，默認(rèn)是85M）。
永久代的垃圾收集是和老年代(old generation)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。
不過，一個(gè)明顯的問題是，當(dāng)JVM加載的類信息容量超過了參數(shù)-XX：MaxPermSize設(shè)定的值時(shí)，應(yīng)用將會(huì)報(bào)OOM的錯(cuò)誤
2. Metaspace（元空間）
jdk1.8中則把永久代給完全刪除了，取而代之的是 MetaSpace
2.1 metaspace的組成
metaspace其實(shí)由兩大部分組成
- Klass Metaspace
- NoKlass Metaspace
Klass Metaspace就是用來存klass的，klass是我們熟知的class文件在jvm里的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不過有點(diǎn)要提的是我們看到的類似A.class其實(shí)是存在heap里的，是java.lang.Class的一個(gè)對(duì)象實(shí)例。
這塊內(nèi)存是緊接著Heap的，和我們之前的perm一樣，這塊內(nèi)存大小可通過-XX:CompressedClassSpaceSize參數(shù)來控制，這個(gè)參數(shù)前面提到了默認(rèn)是1G，但是這塊內(nèi)存也可以沒有，假如沒有開啟壓縮指針就不會(huì)有這塊內(nèi)存，這種情況下klass都會(huì)存在NoKlass Metaspace里，另外如果我們把-Xmx設(shè)置大于32G的話，其實(shí)也是沒有這塊內(nèi)存的，因?yàn)檫@么大內(nèi)存會(huì)關(guān)閉壓縮指針開關(guān)。
還有就是這塊內(nèi)存最多只會(huì)存在一塊。
NoKlass Metaspace專門來存klass相關(guān)的其他的內(nèi)容，比如method，constantPool（常量池）等，這塊內(nèi)存是由多塊內(nèi)存組合起來的，所以可以認(rèn)為是不連續(xù)的內(nèi)存塊組成的。
這塊內(nèi)存是必須的，雖然叫做NoKlass Metaspace，但是也其實(shí)可以存klass的內(nèi)容，上面已經(jīng)提到了對(duì)應(yīng)場(chǎng)景。
Klass Metaspace和NoKlass Mestaspace都是所有classloader共享的，所以類加載器們要分配內(nèi)存，但是每個(gè)類加載器都有一個(gè)SpaceManager，來管理屬于這個(gè)類加載的內(nèi)存小塊。
如果Klass Metaspace用完了，那就會(huì)OOM了，不過一般情況下不會(huì)，NoKlass Mestaspace是由一塊塊內(nèi)存慢慢組合起來的，在沒有達(dá)到限制條件的情況下，會(huì)不斷加長(zhǎng)這條鏈，讓它可以持續(xù)工作。
2.2 Metaspace的內(nèi)存分配與管理
Metaspace VM利用內(nèi)存管理技術(shù)來管理Metaspace。
這使得由不同的垃圾收集器來處理類元數(shù)據(jù)的工作，現(xiàn)在僅僅由Metaspace VM在Metaspace中通過C++來進(jìn)行管理。
Metaspace背后的一個(gè)思想是，類和它的元數(shù)據(jù)的生命周期是和它的類加載器的生命周期一致的。
也就是說，只要類的類加載器是存活的，在Metaspace中的類元數(shù)據(jù)也是存活的，不能被釋放。
每個(gè)類加載器存儲(chǔ)區(qū)叫做“a metaspace”。
這些metaspaces一起總體稱為”the Metaspace”。
僅僅當(dāng)類加載器不再存活，被垃圾收集器聲明死亡后，該類加載器對(duì)應(yīng)的metaspace空間才可以回收。
Metaspace空間沒有遷移和壓縮。
但是元數(shù)據(jù)會(huì)被掃描是否存在Java引用。
Metaspace VM使用一個(gè)塊分配器(chunking allocator)來管理Metaspace空間的內(nèi)存分配。
塊的大小依賴于類加載器的類型。
其中有一個(gè)全局的可使用的塊列表（a global free list of chunks）。
當(dāng)類加載器需要一個(gè)塊的時(shí)候，類加載器從全局塊列表中取出一個(gè)塊，添加到它自己維護(hù)的塊列表中。
當(dāng)類加載器死亡，它的塊將會(huì)被釋放，歸還給全局的塊列表。
塊（chunk）會(huì)進(jìn)一步被劃分成blocks,每個(gè)block存儲(chǔ)一個(gè)元數(shù)據(jù)單元(a unit of metadata)。
Chunk中Blocks的分配線性的（pointer bump）。
這些chunks被分配在內(nèi)存映射空間(memory mapped(mmapped) spaces)之外。
在一個(gè)全局的虛擬內(nèi)存映射空間（global virtual mmapped spaces）的鏈表，當(dāng)任何虛擬空間變?yōu)榭諘r(shí)，就將該虛擬空間歸還回操作系統(tǒng)。
2.3 Metaspace VM內(nèi)存碎片問題
先前提到的，Metaspace VM使用塊分配器(chunking allocator)。
chunk的大小取決于類加載器的類型。
由于類class并沒有一個(gè)固定的尺寸，這就存在這樣一種可能：
可分配的chunk的尺寸和需要的chunk的尺寸不相等，這就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片。
Metaspace VM還沒有使用壓縮技術(shù)，所以內(nèi)存碎片是現(xiàn)在的一個(gè)主要關(guān)注的問題。
2.4 Metaspace 總結(jié)
元空間的本質(zhì)和永久代類似，都是對(duì)JVM規(guī)范中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)。
不過元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：
元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存。
因此，默認(rèn)情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制，但可以通過參數(shù)來指定元空間的大小。
2.5 MetaSpace應(yīng)該掌握的知識(shí)
- 在 JDK 1.7 和 1.8 中將字符串常量池由永久代轉(zhuǎn)移到堆中
- 存放類相關(guān)信息的地方也不在heap（堆）中。在元空間里。
- 在jdk1.8中沒有永久代的概念
- metaspace其實(shí)由兩大部分組成
- Klass Metaspace
存放klass的，klass是我們熟知的class文件在jvm里的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這個(gè)空間的默認(rèn)大小是1G- NoKlass Metaspace
專門來存klass相關(guān)的其他的內(nèi)容，比如method，constantPool（常量池）等，這塊內(nèi)存是由多塊內(nèi)存組合起來的，所以可以認(rèn)為是不連續(xù)的內(nèi)存塊組成的。這塊內(nèi)存是必須的Klass Metaspace和NoKlass Mestaspace都是所有classloader共享的，所以類加載器們要分配內(nèi)存，但是每個(gè)類加載器都有一個(gè)SpaceManager，來管理屬于這個(gè)類加載的內(nèi)存小塊。
如果Klass Metaspace用完了，那就會(huì)OOM了，不過一般情況下不會(huì)，NoKlass Mestaspace是由一塊塊內(nèi)存慢慢組合起來的，在沒有達(dá)到限制條件的情況下，會(huì)不斷加長(zhǎng)這條鏈，讓它可以持續(xù)工作。
5.metaspace主要相關(guān)參數(shù)
-XX:MetaspaceSize，初始空間大小，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(duì)該值進(jìn)行調(diào)整：
- 如果釋放了大量的空間，就適當(dāng)降低該值；
- 如果釋放了很少的空間，那么在不超過MaxMetaspaceSize時(shí)，適當(dāng)提高該值。
-XX:MaxMetaspaceSize，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，減少為分配空間所導(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，減少為釋放空間所導(dǎo)致的垃圾收集
- Metaspace的內(nèi)存分配與管理 都應(yīng)該清楚
- 為什么要將永久代替換成Metaspace？
- 字符串存在永久代中，容易出現(xiàn)性能問題和內(nèi)存溢出。
- 類及方法的信息等比較難確定其大小，因此對(duì)于永久代的大小指定比較困難，太小容易出現(xiàn)永久代溢出，太大則容易導(dǎo)致老年代溢出。
- 永久代會(huì)為 GC 帶來不必要的復(fù)雜度，并且回收效率偏低。
- Oracle 可能會(huì)將HotSpot 與 JRockit 合二為一。
參見：
Java 8新特性探究（九）跟OOM：Permgen說再見吧：http://www.importnew.com/14933.html
JVM(二)Java8內(nèi)存劃分：https://blog.csdn.net/yjp198713/article/details/78759933
JVM源碼分析之Metaspace解密：http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html
