Java8新特性

提示

学习 Java 每个版本的新特性，紧跟时代，与本内容一起学习 Java8 的新特性吧。

• 一、Java8新特性简介
• 二、哈希结构
• 三、JVM方法区
  • 1. 什么是 JVM 方法区？
  • 2. 方法区的演变
  • 3. 为什么永久代被替代为元空间？
  • 4. 方法区的垃圾回收
  • 5. 元空间的配置与优化
  • 6. 代码示例：触发元空间 OOM 异常
  • 7. 元空间的实际应用场景

Java 8新特性汇总

一、Java8新特性简介

Java 8 (又称为 JDK 1.8) 是 Java 语言开发的一个主要版本。Java 8 是 Oracle 公司于 2014 年 3 月发布，可以看成是自 Java 5 以来最具革命性的版本。Java 8 为 Java 语言、编译器、类库、开发工具与 JVM 带来了大量新特性。

• 速度更快
• 代码更少（增加了新的语法：Lambda表达式）
• 引入强大的 Stream APl
• 优化 Fork/Join 框架，更加容易写并行代码
• 最大化减少空指针异常：Optional
• Nashorn 引擎，允许在JVM上运行 JS 应用
• 时间 API等等...

其中最为核心的是 Lambda 表达式和 Stream API。

二、哈希结构

Java8 优化了哈希算法，JDK7 之前是数组 + 链表，当两个不同对象经过哈希算法算出的下标相同时，则该数组下标处形成链表，旧的在链表最后面。但是这样产生很长的链表时，恰巧我们需要的对象在最后一个，则需要从头遍历到尾，效率低。

JDK8 变成了数组 + 链表 + 红黑树，当链表的长度超出 8 时，并且整个数组的长度超出 64 时，则链表转为红黑树，即一种二叉树，这样减少了从头遍历到尾的效率低问题，只需要在二叉树的一方遍历，找出对象即可，不需要像全部遍历到最后。

三、JVM方法区

1. 什么是 JVM 方法区？

JVM 方法区（Method Area）是 Java 内存模型的一部分，主要用于存储类的结构信息、常量、静态变量、方法代码等数据。它是一个逻辑上的概念，并且具体的实现方式与 JVM 的实现有关。

在 Java 7 及之前版本中，方法区的实现称为永久代（PermGen）。而从 Java 8 开始，方法区被移到了**元空间（Metaspace）**中。

2. 方法区的演变

在 Java 的发展历程中，方法区经历了从永久代到元空间的变化，这种变化主要是为了优化内存管理，减少 OutOfMemoryError 异常的发生。

版本	方法区的变化
JDK 1.6 及以前	使用永久代，静态变量和常量池存储在永久代中
JDK 1.7	逐步去掉永久代，字符串常量池和静态变量移出永久代，存储在堆中
JDK 1.8	完全移除永久代，类型信息、字段、方法、常量移到元空间（本地内存）

元空间（Metaspace） 的引入使得 JVM 的内存管理更加灵活，元空间不再使用 JVM 堆内存，而是使用本地内存（Native Memory）。这意味着元空间的大小只受系统内存的限制，从而减少了 OutOfMemoryError: PermGen space 异常的发生。

3. 为什么永久代被替代为元空间？

永久代存在以下问题，促使了元空间的出现：

1. 空间大小难以确定：永久代的空间需要提前设定，对于一些动态加载类较多的应用（如 Web 应用），永久代的空间很难准确预估，导致 PermGen 空间不足，抛出 OutOfMemoryError 异常。

2. 难以调优：在永久代中调优 GC（垃圾回收）较为困难，尤其是在 Full GC 过程中，永久代的回收往往效果不佳，导致频繁的 Full GC，从而影响系统性能。

3. 垃圾回收机制局限：虽然方法区的垃圾回收（如类卸载）是可选的，但实际操作中常常效果不理想。元空间的引入通过使用本地内存，缓解了这些问题，并且能够更灵活地管理类元数据。

4. 方法区的垃圾回收

方法区的垃圾回收主要涉及以下两个方面：

• 常量池中的废弃常量：如字符串常量池中的不再使用的常量。
• 不再使用的类：如类卸载后留下的类型信息。

值得注意的是，方法区的垃圾回收与堆内存相比，回收条件更加苛刻，且效果往往不如预期。不过，类卸载的回收对于长期运行的应用仍然是必要的，特别是在一些动态加载大量类的应用中。

5. 元空间的配置与优化

在 Java 8 及以后版本中，可以通过以下 JVM 参数来配置元空间：

• -XX:MetaspaceSize：设置元空间的初始大小。当元空间达到这个大小时，将触发垃圾回收以进行类卸载。
• -XX:MaxMetaspaceSize：设置元空间的最大大小。如果不设置该参数，元空间的大小仅受系统内存限制。
• -XX:MinMetaspaceFreeRatio 和 -XX:MaxMetaspaceFreeRatio：控制垃圾回收后元空间的最小和最大空闲比例。

6. 代码示例：触发元空间 OOM 异常

以下示例展示了如何通过动态生成大量类，触发元空间的 OutOfMemoryError 异常：

import javassist.ClassPool;

public class MetaspaceOOMDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 使用 Javassist 动态生成类
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        for (int i = 0; ; i++) {
            Class<?> clazz = pool.makeClass("com.example.GeneratedClass" + i).toClass();
            System.out.println("Loaded class: " + clazz.getName());
        }
    }
}

代码解析：

• 该示例使用了 Javassist 库来动态生成类，并不断加载这些类，最终导致元空间耗尽，抛出 OutOfMemoryError 异常。

7. 元空间的实际应用场景

元空间在一些动态加载和卸载大量类的应用中，如基于 OSGi 的模块化应用、动态代理框架和一些大型 Web 应用中发挥了重要作用。通过适当地配置元空间参数，可以避免由于类加载过多而导致的内存不足问题，提高应用的稳定性。

总结

Java 8 中，永久代被元空间取代，大大提高了 JVM 的内存管理能力。元空间使用本地内存，使得方法区的大小不再受限于 JVM 堆，从而解决了永久代空间不足的问题。在实际开发中，合理配置元空间参数对于优化 JVM 性能、避免内存不足问题至关重要。