深入JVM：（二）内存溢出

一、Java堆溢出

Java堆用于存储对象实例，只要不断地创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

/**
 * VM Options: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public static class OOMObject {

}
public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList<>();
    while (true) {
        list.add(new OOMObject());
    }
}
//运行结果
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
    at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:265)
    at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:239)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:231)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:462)
    at Main.main(Main.java:14)

限制Java堆的大小为20MB，不可扩展（将堆的最小值-Xms参数与最大值-Xmx参数设置为一样即可避免堆自动扩展）

要解决这个区域的异常，一般的手段是先通过内存映像分析工具对Dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）

如果是内存泄露，可进一步通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄露对象的类型信息及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄露代码的位置。

如果不存在泄露，换句话说，就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（-Xmx与-Xms），与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。

二、虚拟机栈和本地方法栈溢出

在HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈。关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机规范中描述了两种异常：

1. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。

/**
 * VM Options: -Xss160k 设置栈大小
 */
public class Main {
    private int stackLength = 1;

    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Main oom = new Main();
        try {
            oom.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

//运行结果
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at Main.stackLeak(Main.java:8)
    at Main.stackLeak(Main.java:9)

使用-Xss参数减少栈内存容量。结果：抛出StackOverflowError异常，异常出现时输出的堆栈深度相应缩小。
定义了大量的本地变量，增大此方法帧中本地变量表的长度。结果：抛出StackOverflowError异常时输出的堆栈深度相应缩小。
实验结果表明：在单个线程下，无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常。

2. 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异常。
   创建线程导致内存溢出异常

/**
 * VM Args:-Xss160k
 */
public class Main {
    private void dontStop() {
        while (true) {
        }
    }

    public void stackLeakByThread() {
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    dontStop();
                }
            });
            thread.start();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Main oom = new Main();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

运行上面代码时要小心，亲测会死机的

在开发多线程的应用时特别注意，出现StackOverflowError异常时有错误堆栈可以阅读，相对来说，比较容易找到问题的所在。而且，如果使用虚拟机默认参数，栈深度在大多数情况下（因为每个方法压入栈的帧大小并不是一样的，所以只能说在大多数情况下）达到1000~2000完全没有问题，对于正常的方法调用（包括递归），这个深度应该完全够用了。但是，如果是建立过多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数或者更换64位虚拟机的情况下，就只能通过减少最大堆和减少栈容量来换取更多的线程。

三、方法区和运行时常量池溢出

由于运行时常量池是方法区的一部分，因此这两个区域的溢出测试就放在一起进行（JDK 1.7开始逐步“去永久代”，将运行时常量池放到Java堆中）。

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，并且返回此String对象的引用。在JDK 1.6及之前的版本中，由于常量池分配在永久代内，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

/**
 * VM Options:-XX:PermSize=10M-XX:MaxPermSize=10M
 *
 */
public class Main {
    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());
        }
    }
}

//运行结果
Exception in thread"main"java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space
at java.lang.String.intern（Native Method）
at com.test.Main.main（Main.java:18）