在過去（當自定義類加載器使用不普遍的時候），類幾乎是“靜態的”並且很少被卸載和回收，因此類也可以被看成“永久的”。另外由於類作為JVM實現的一部分，它們不由程序來創建，因為它們也被認為是“非堆”的內存。

在JDK8之前的HotSpot虛擬機中，類的這些“永久的”數據存放在一個叫做永久代的區域。永久代一段連續的內存空間，我們在JVM啟動之前可以通過設置-XX:MaxPermSize的值來控制永久代的大小，32位機器默認的永久代的大小為64M，64位的機器則為85M。永久代的垃圾回收和老年代的垃圾回收是綁定的，一旦其中一個區域被占滿，這兩個區都要進行垃圾回收。但是有一個明顯的問題，由於我們可以通過?XX:MaxPermSize 設置永久代的大小，一旦類的元數據超過了設定的大小，程序就會耗盡內存，並出現內存溢出錯誤(OOM)。

備註：在JDK7之前的HotSpot虛擬機中，納入字符串常量池的字符串被存儲在永久代中，因此導致了一系列的性能問題和內存溢出錯誤。想要了解這些永久代移除這些字符串的信息，請訪問這裏查看。

辭永久代，迎元空間

隨著Java8的到來，我們再也見不到永久代了。但是這並不意味著類的元數據信息也消失了。這些數據被移到了一個與堆不相連的本地內存區域，這個區域就是我們要提到的元空間。

這項改動是很有必要的，因為對永久代進行調優是很困難的。永久代中的元數據可能會隨著每一次Full GC發生而進行移動。並且為永久代設置空間大小也是很難確定的，因為這其中有很多影響因素，比如類的總數，常量池的大小和方法數量等。

同時，HotSpot虛擬機的每種類型的垃圾回收器都需要特殊處理永久代中的元數據。將元數據從永久代剝離出來，不僅實現了對元空間的無縫管理，還可以簡化Full GC以及對以後的並發隔離類元數據等方面進行優化。

移除永久代的影響

由於類的元數據分配在本地內存中，元空間的最大可分配空間就是系統可用內存空間。因此，我們就不會遇到永久代存在時的內存溢出錯誤，也不會出現泄漏的數據移到交換區這樣的事情。最終用戶可以為元空間設置一個可用空間最大值，如果不進行設置，JVM會自動根據類的元數據大小動態增加元空間的容量。

註意：永久代的移除並不代表自定義的類加載器泄露問題就解決了。因此，你還必須監控你的內存消耗情況，因為一旦發生泄漏，會占用你的大量本地內存，並且還可能導致交換區交換更加糟糕。

元空間內存管理

元空間的內存管理由元空間虛擬機來完成。先前，對於類的元數據我們需要不同的垃圾回收器進行處理，現在只需要執行元空間虛擬機的C++代碼即可完成。在元空間中，類和其元數據的生命周期和其對應的類加載器是相同的。話句話說，只要類加載器存活，其加載的類的元數據也是存活的，因而不會被回收掉。

我們從行文到現在提到的元空間稍微有點不嚴謹。準確的來說，每一個類加載器的存儲區域都稱作一個元空間，所有的元空間合在一起就是我們一直說的元空間。當一個類加載器被垃圾回收器標記為不再存活，其對應的元空間會被回收。在元空間的回收過程中沒有重定位和壓縮等操作。但是元空間內的元數據會進行掃描來確定Java引用。

元空間虛擬機負責元空間的分配，其采用的形式為組塊分配。組塊的大小因類加載器的類型而異。在元空間虛擬機中存在一個全局的空閑組塊列表。當一個類加載器需要組塊時，它就會從這個全局的組塊列表中獲取並維持一個自己的組塊列表。當一個類加載器不再存活，那麽其持有的組塊將會被釋放，並返回給全局組塊列表。類加載器持有的組塊又會被分成多個塊，每一個塊存儲一個單元的元信息。組塊中的塊是線性分配（指針碰撞分配形式）。組塊分配自內存映射區域。這些全局的虛擬內存映射區域以鏈表形式連接，一旦某個虛擬內存映射區域清空，這部分內存就會返回給操作系統。

上圖展示的是虛擬內存映射區域如何進行元組塊的分配。類加載器1和3表明使用了反射或者為匿名類加載器，他們使用了特定大小組塊。 而類加載器2和4根據其內部條目的數量使用小型或者中型的組塊。

元空間調優與工具

正如上面提到的，元空間虛擬機控制元空間的增長。但是有些時候我們想限制其增長，比如通過顯式在命令行中設置-XX:MaxMetaspaceSize。默認情況下，-XX:MaxMetaspaceSize的值沒有限制，因此元空間甚至可以延伸到交換區，但是這時候當我們進行本地內存分配時將會失敗。

對於一個64位的服務器端JVM來說，其默認的–XX:MetaspaceSize值為21MB。這就是初始的高水位線。一旦觸及到這個水位線，Full GC將會被觸發並卸載沒有用的類（即這些類對應的類加載器不再存活），然後這個高水位線將會重置。新的高水位線的值取決於GC後釋放了多少元空間。如果釋放的空間不足，這個高水位線則上升。如果釋放空間過多，則高水位線下降。如果初始化的高水位線設置過低，上述高水位線調整情況會發生很多次。通過垃圾回收器的日誌我們可以觀察到Full GC多次調用。為了避免頻繁的GC，建議將–XX:MetaspaceSize設置為一個相對較高的值。

經過多次GC之後，元空間虛擬機自動調節高水位線，以此來推遲下一次垃圾回收到來。

有這樣兩個選項 ?XX:MinMetaspaceFreeRatio和?XX:MaxMetaspaceFreeRatio，他們類似於GC的FreeRatio選項，用來設置元空間空閑比例的最大值和最小值。我們可以通過命令行對這兩個選項設置對應的值。

下面是一些改進的工具，用來獲取更多關於元空間的信息。

jmap -clstats PID 打印類加載器數據。（-clstats是-permstat的替代方案，在JDK8之前，-permstat用來打印類加載器的數據）。

jstat -gc LVMID 用來打印元空間的信息。具體內容如下：

jcmd PID GC.class_stats 一個新的診斷命令，用來連接到運行的JVM並輸出詳盡的類元數據的柱狀圖。

存在的問題

前面已經提到，元空間虛擬機采用了組塊分配的形式，同時區塊的大小由類加載器類型決定。類信息並不是固定大小，因此有可能分配的空閑區塊和類需要的區塊大小不同，這種情況下可能導致碎片存在。元空間虛擬機目前並不支持壓縮操作，所以碎片化是目前最大的問題。

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Java永久代去哪兒了