前言
首先需要明確的是，以下我們討論的HotSpot虛擬機，其他類型的虛擬機，例如JRockit與J9等，壓根就沒有永久代的概念。因此，下面所說的“虛擬機”都是HotSpot版本的。
要想理解這種變化的原因，需要先理解方法區、永久代與元空間的概念與之間的關係。
方法區與永久代，元空間之間的關係
方法區是一種規範，不同的虛擬機廠商可以基於規範做出不同的實現，永久代和元空間就是出於不同jdk版本的實現。
說白了，方法區就像是一個接口，永久代與元空間分別是兩個不同的實現類而已。只不過永久代是這個接口最初的實現類，後來這個接口一直進行變更，直到最後徹底廢棄這個實現類，由新實現類——元空間進行替代。
方法區
借用《深入理解Java虛擬機——JVM高級特性與最佳實踐》中介紹方法區的段落
方法區和堆一樣，是各個線程共享的內存區域，它用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯後的代碼等數據。
Java7及以前版本的永久代的結構
在Java7及以前的版本，是存在永久代的。在Java7版本時，永久代已經發生了悄悄的變化。等到Java8時，徹底廢棄了永久代，由元空間替換。
永久代與堆的構造如下：
（關於堆中的Eden、from與to區域，可以先參考我的另外一篇文章【JVM】說說java中的堆區）
從上圖中可以看到，永久代與堆中的老年代是連續的，這裏的連續指的是物理地址連續，永久代本身並不在堆中。因此，老年代與永久代其中一個滿了，都會觸發Full GC。
我們可以使用以下的命令，來顯示指定永久代的大小：
- -XX:PremSize：設置永久代的初始大小
- -XX:MaxPermSize: 設置永久代的最大值
由於方法區主要存儲類的相關信息，所以對於動態生成類的情況比較容易出現永久代的內存溢出。最典型的場景就是，在 jsp 頁面比較多的情況，容易出現永久代內存溢出，會報出"java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space "異常。
Java7時，永久代的變化
在Java7時，仍然有永久代，永久代也與堆中的老年代連續，但永久代中存儲的部分數據已經開始轉移到Java Heap或Native Memory中了，比如：
- 符號引用(Symbols)轉移到了Native Memory
- 字符串常量池(interned strings)轉移到了Java Heap
- 類的靜態變量(class statics)轉移到了Java Heap
現在分別在Java6、7、8環境中循環調用String.intern()方法（關於此方法，可以先移步到我的另外一篇文章中【JAVA】String源碼淺談，裏面有對此方法的介紹與實驗），那麼分別會報出以下區域的內存溢出異常
- Java6時，內存溢出區域爲永久代。因爲在Java6及之前，字符串常量池在永久代中
- Java7時，內存溢出區域爲堆中。因爲在Java7時，字符串常量池被移到堆中了。
- Java8時，內存溢出區域仍然爲堆中，不過此時已經沒有永久代了。
Java8開始，永久代就已經消失了，由元空間取而代之。
元空間
元空間(Metaspace)，不再與堆連續，而是直接存在於本地內存中，也就是機器的內存。理論上機器內存有多大，元空間的野心就有多大。但可以通過以下的參數來設置元空間的大小：
- -XX:MetaspaceSize，初始空間大小，達到該值就會觸發垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對該值進行調整：如果釋放了大量的空間，就適當降低該值；如果釋放了很少的空間，那麼在不超過MaxMetaspaceSize時，適當提高該值。
- -XX:MaxMetaspaceSize，最大空間，默認是沒有限制的。
除了上面兩個指定大小的選項以外，還有兩個與 GC 相關的屬性：
- -XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之後，最小的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少爲分配空間所導致的垃圾收集
- -XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之後，最大的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少爲釋放空間所導致的垃圾收集
在使用-XX:MaxMetaspaceSize顯示指定元空間的大小爲一個比較小的值，接着在循環中動態加載過多的類，那麼會報出"java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace"異常。
在Java8時，仍然使用PremSize或MaxPermSize設置永久代的大小時，會被編譯器忽略並且警告。
Java8中，使用元空間替換永久代的原因
在之前的版本中，字符串常量池存在於永久代中，在大量使用字符串的情況下，非常容易出現OOM的異常。此外，JVM加載的class的總數，方法的大小等都很難確定，因此對永久代大小的指定難以確定。太小的永久代容易導致永久代內存溢出，太大的永久代則容易導致虛擬機內存緊張。
當然，還有很多更多深層次的原因，可以參考這篇博文Metaspace 之一：Metaspace整體介紹（永久代被替換原因、元空間特點、元空間內存查看分析方法）