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 8.0
Java 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