JVM调优专题-内存溢出及解决方案
什么是内存溢出
JVM运行过程中，程序不断的申请内存空间用于保存运行时数据，当程序申请的内存空间系统无法满足时，就会抛出内存溢出错误。内存溢出发生的区域以及相应的解决方案都不相同，下面我们逐一分析内存溢出类型及解决方案。
OutOfMemoryError与StackOverflowError
JVM内存溢出分为两种情况，OutOfMemoryError和StackOverflowError。
- OutOfMemoryError是在程序无法申请到足够的内存的时候抛出的异常。
- StackOverflowError是线程申请的栈深度大于虚拟机所允许的深度所抛出的异常。
ERROR和Exception是有区别
Exception 和 Error 体现了 Java 平台设计者对不同异常情况的分类。
- Exception 是程序正常运行中，可以预料的意外情况，可能并且应该被捕获，进行相应处理。
- Error 是指在正常情况下，不大可能出现的情况，绝大部分的 Error 都会导致程序（比如 JVM 自身）处于非正常的、不可恢复状态。
OutOfMemoryError
OutOfMemoryError是在程序无法申请到足够的内存的时候抛出的异常，导致OutOfMemoryError异常的常见原因有以下几种：
- 内存中加载的数据量过于庞大，如一次从数据库取出过多数据；
- 集合类中有对对象的引用，使用完后未清空，使得JVM不能回收；
- 代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体；
- 使用的第三方软件中的BUG；
- 启动参数内存值设定的过小；
在不同的Web服务器或程序中，此错误常见的错误提示如下：
- tomcat: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
- tomcat: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
- weblogic: Root cause of ServletException java.lang.OutOfMemoryError
- resin: java.lang.OutOfMemoryError
- java: java.lang.OutOfMemoryError
OOM错误发生的场景很多，比如下面这段代码，最终会发生OutOfMemoryError，为了能更快的出现错误，我们可以设置一下jvm中堆的最大值，设置jvm值的方法是通过-Xms(堆的最小值)，-Xmx(堆的最大值)
public static void main(String[] args) {
List users = new ArrayList();
while (true) {
users.add(new UserBean());
}
}
StackOverflowError
StackOverflowError代表的是，当程序中栈深度所需空间大小，超过了虚拟机分配给线程的栈大小时就会出现此error。StackOverflowError发生于单个线程的栈大小无法满足程序所需的栈空间大小时。
java栈是java虚拟机的一个重要的组成部分，在栈里进行线程操作，存放方法参数等等。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的 Java 方法调用。栈在初始化过后是有一定的大小的，也可通过jvm参数-Xss设置每个线程的堆栈大小。栈帧中存储着局部变量表、操作数（operand）栈、动态链接、方法正常退出或者异常退出的定义等。
栈深度可理解为单个线程的堆栈空间最多能产生多少个栈帧，当堆栈总大小不变时，栈帧存储的信息越多，栈帧越大，每个线程堆栈深度越小。
以下代码将会报StackOverflowError：
public static void test(String str){
System.out.println(str);
test(str);
}
内存溢出发生的区域
通常可以把 JVM 内存区域分为下面几个方面，其中，有的区域是以线程为单位，而有的区域则是整个 JVM 进程为单位的。
- Method Area（方法区）
- Java stack（java 虚拟机栈）
- Native MethodStack（本地方法栈）
- Heap(堆)
- Program Counter Regster(程序计数器)
从下图中看出方法区和堆用黄色标记，和其他三个区域的不同点就是，方法区和堆是线程共享的，所有的运行在jvm上的程序都能访问这两个区域，堆，方法区和虚拟机的生命周期一样，随着虚拟机的启动而存在，而栈和程序计数器是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
Program Counter Regster（程序计数器）：每一个用户线程对应一个程序计数器，用来指示当前线程所执行字节码的行号。由程序计数器给文字码解释器提供下一条要执行的字节码的的位置。根据jvm规范，这个区域不会发生内存溢出。
Java stack（java 虚拟机栈）：这个区域是最容易出现内存异常的区域，每一个线程对应生成一个线程栈，线程每执行一个方法的时候，都会创建一个栈帧，用来存放方法的局部变量表，操作树栈，动态连接，方法入口。jvm规范对这个区域定义了两种内存异常。
- 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间则抛出OutOfMemoryError
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将会抛出StackOverflowError
Native MethodStack（本地方法栈）：和虚拟机栈一样，不同的是处理的对象不一样，虚拟机栈处理java的字节码，而本地栈则是处理的Native方法。其他方面一致。
Heap(堆)：前面说了堆是所有线程都能访问的，随着虚拟机的启动而存在，这块区域很大，因为所有的线程都在这个区域保存实例化的对象，因为每一个类型中，每个接口实现类需要的内存不一样，一个方法内的多个分支需要的内存也不尽相同，我们只有在运行的时候才能知道要创建多少对象，需要分配多大的地址空间。GC关注的正是这样的部分内容，所以很多时候也将堆称为GC堆。堆中肯定不会抛出StackOverflowError类型的异常，所以只有OutOfMemoryError相关类型的异常。
Method Area（方法区）：用于存放已被虚拟机加载的类信息，常量，静态方法，即使编译后的代码。由于早期的 Hotspot JVM 实现，很多人习惯于将方法区称为永久代（Permanent Generation）。这个区域只能抛出OutOfMemoryError类型的错误，OutOfMemoryError: PermGen space。
OutOfMemoryError的类型及解决方案
在发生OOM后需要重点排查以下几点：
- 检查代码中是否有死循环或递归调用。
- 检查是否有大循环重复产生新对象实体。
- 检查对数据库查询中，是否有一次获得全部数据的查询。一般来说，如果一次取十万条记录到内存，就可能引起内存溢出。这个问题比较隐蔽，在上线前，数据库中数据较少，不容易出问题，上线后，数据库中数据多了，一次查询就有可能引起内存溢出。因此对于数据库查询尽量采用分页的方式查询。
- 检查List、MAP等集合对象是否有使用完后，未清除的问题。List、MAP等集合对象会始终存有对对象的引用，使得这些对象不能被GC回收。
OutOfMemoryError: PermGen space
PermGen space的全称是Permanent Generation space，是指内存的永久保存区域。这块内存主要是被JVM存放Class和Meta信息的，Class在被Loader时就会被放到PermGen space中，它和存放类实例(Instance)的Heap区域不同，GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对PermGen space进行清理。
对于老版本的 Oracle JDK，因为永久代的大小是有限的，并且 JVM 对永久代垃圾回收（如，常量池回收、卸载不再需要的类型）非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现 OutOfMemoryError 也非常多见，尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合；类似 Intern 字符串缓存占用太多空间，也会导致 OOM 问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关：“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”。
解决方法： 手动设置MaxPermSize大小修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh
JAVA_OPTS="-server -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m"OutOfMemoryError:Java heap space
发生在堆内存上的内存溢出。原因可能有很多种，例如，可能存在内存泄漏问题；也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显式指定 JVM 堆大小或者指定数值偏小；或者出现 JVM 处理引用不及时，导致堆积起来，内存无法释放等。
解决方案：增加jvm的内存大小。其中"-Xms128M"为初始内存，"-Xmx256M"为最大内存。
-Xmx2048m -Xms2048m 最后重要提示：
但是，对于内存泄漏问题，无法通过设置启动参数的方式来解决，这种情况下增加堆内存大小只会延缓OOM的出现时间，治标不治本。也不推荐一开始就将堆内存大小设置的很大，这样会掩盖测试期间可能出现的问题，导致线上问题的出现。
对于这种情况，我们应该对程序中可能出现内存泄漏的地方进行优化。主要包括避免死循环，应该及时释放种资源：内存, 数据库的各种连接，防止一次载入太多的数据。导致java.lang.OutOfMemoryError的根本原因是程序不健壮。因此，从根本上解决Java内存溢出的唯一方法就是修改程序，及时地释放没用的对象，释放内存空间。遇到该错误的时候要仔细检查程序。