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[Java教程]Java方法区和运行时常量池溢出问题分析


  运行时常量池是方法区的一部分,方法区用于存放Class的相关信息,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。

  String.intern()是一个native方法,它的作用是:如果字符串常量池中已经包含了一个等于此String对象的字符串,则返回代表池中这个字符串的String对象;否则,将此String对象包含的字符串添加到常量池中,并返回此String对象的引用。在JDK1.6及之前版本中,由于常量池分配在永久代中(即方法区),我们可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小,从而间接限制其中常量池的容量,注意,JDK1.7开始逐步开始“去永久代”。代码如下所示:

package jvm;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/* * VM Args: -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m */public class RuntimeConstantPoolOOM {  public static void main(String[] args) {    // 使用List保持着常量池引用,避免Full GC回收常量池行为    List<String> list = new ArrayList<String>();        int i = 0;    while (true) {      list.add(String.valueOf(i++).intern());    }  }}

  注意,VM Args为配置VM的参数,在下图所示中配置:

运行结果:

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space  at java.lang.String.intern(Native Method)  at jvm.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:16)

  从运行结果中可以看到,运行时常量池溢出,在OutOfMemoryError后面跟随的提示信息是“PermGen space”,说明运行时常量池属于方法区(HotSpot虚拟机中的永久代)的一部分。但是使用JDK1.7运行这段程序不会得到相同的结果,而是出现以下的提示信息,这是因为这两个参数已经不在JDK1.7中使用了。

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option PermSize=10m; support was removed in 8.0Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option MaxPermSize=10m; support was removed in 8.0

  如果在JDK1.7中运行RuntimeConstantPoolOOM.java程序,while循环将一直运行下去,但是,while循环并不是始终运行下去,直到系统中堆内存用完为止,一般需要过好长时间才会出现,不过笔者并没有在本地测试。因为在JDK1.7中常量池存储的不再是对象,而是对象引用,真正的对象是存储在堆中的。把RuntimeConstantPoolOOM.java运行时的VM参数改为如下所示:

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

运行程序后结果:

  出现异常提示信息:java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded,这里没有提示说堆还是持久代有问题,虚拟机只是告诉你你的程序花在垃圾回收上的时间太多了,却没有什么见效。默认的话,如果你98%的时间都花在GC上并且回收了才不到2%的空间的话,虚拟机才会抛这个异常。这是一个快速失败的安全保障的很好的实践。从运行结果中可以看出, 我们限定了堆的大小后,程序很快就运行异常了,异常信息和之前设想的一样,也就是常量池存储的不再是对象,而是对象引用,真正的对象是存储在堆中的。关于JDK1.7字符串常量池的实现问题,这里还可以引申一个更有意义的影响,如以下代码所示:

package jvm;public class Hello {  public static void main(String[] args) {    String str1 = new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();    System.out.println(str1.intern() == str1);    String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();    System.out.println(str2.intern() == str2);  }}

   这段代码在JDK1.6中运行,会得到两个false,而在JDK1.7中运行,会得到一个true和一个false。产生差异的原因是:在JDK1.6中,intern()方法会把首次遇到的字符串复制到永久代中,返回的也是永久代中这个字符串的引用,而由StringBuilder创建的字符串实例在Java堆中,所以必然不是同一个引用,将返回false。而JDK1.7(以及部分其他虚拟机,例如JRockit)的intern()实现不会再复制实例,而是在常量池中记录首次出现的实例引用,因此intern()返回的引用和由StringBuilder创建的那个字符串是同一个。对str2比较返回false是因为"java"字符串在执行StringBuilder()之前就已经出现过,字符串常量池中已经有它的引用了,不符合“首次出现”原则,而“计算机软件”这个字符串则是首次出现的,因此返回true。如果在Hello.java中添加如下代码的话,返回的结果也是false,证明"main"字符串之前也出现过了。

String str3 = new StringBuilder("ma").append("in").toString();System.out.println(str3.intern() == str3);

 

参考

  1、《深入理解Java虚拟机》 2.4.3章节

  2、Java中的字符串常量池-技术小黑屋

  3、Java永久代去哪儿了

  4、深入理解OutOfMemoryError