2019年Java大厂面试题讲解（周阳） 之Java内存溢出OOM
Java内存溢出OOM
- 前言
- 架构
- StackoverFlowError
- OutOfMemoryError
-
- java heap space
- GC overhead limit exceeded
- Direct buffer memory
- unable to create new native thread
- Metaspace
-
- 元空间是什么
- 代码
- 总结
前言
JVM中常见的两个经典错误
StackoverFlowError ：栈溢出
OutofMemoryError: java heap space：堆溢出
除此之外，还有以下的错误
- java.lang.StackOverflowError
- java.lang.OutOfMemoryError：java heap space
- java.lang.OutOfMemoryError：GC overhead limit exceeeded
- java.lang.OutOfMemoryError：Direct buffer memory
- java.lang.OutOfMemoryError：unable to create new native thread
- java.lang.OutOfMemoryError：Metaspace
架构
OutOfMemoryError和StackOverflowError是属于Error，不是Exception
StackoverFlowError
堆栈溢出，我们有最简单的一个递归调用，就会造成堆栈溢出，也就是深度的方法调用
栈一般是512K，不断的深度调用，直到栈被撑破
/**
* @author: 轻狂书生FS
* @create: 2020-04-24-14:42
*/
public class StackOverflowErrorDemo {
public static void main(String[] args) {
stackOverflowError();
}
/**
* 栈一般是512K，不断的深度调用，直到栈被撑破
* Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
*/
private static void stackOverflowError() {
stackOverflowError();
}
}
运行结果
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at com.moxi.interview.study.oom.StackOverflowErrorDemo.stackOverflowError(StackOverflowErrorDemo.java:17)
OutOfMemoryError
java heap space
创建了很多对象，导致堆空间不够存储
/**
* Java堆内存不足
* @author: 轻狂书生FS
* @create: 2020-04-24-14:50
*/
public class JavaHeapSpaceDemo {
public static void main(String[] args) {
// 堆空间的大小 -Xms10m -Xmx10m
// 创建一个 80M的字节数组
byte [] bytes = new byte[80 * 1024 * 1024];
}
}
我们创建一个80M的数组，会直接出现Java heap space
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
GC overhead limit exceeded
GC回收时间过长时会抛出OutOfMemoryError，过长的定义是，超过了98%的时间用来做GC，并且回收了不到2%的堆内存
连续多次GC都只回收了不到2%的极端情况下，才会抛出。假设不抛出GC overhead limit 错误会造成什么情况呢？
那就是GC清理的这点内存很快会再次被填满，迫使GC再次执行，这样就形成了恶性循环，CPU的使用率一直都是100%，而GC却没有任何成果。
代码演示：
为了更快的达到效果，我们首先需要设置JVM启动参数
-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=5m
这个异常出现的步骤就是，我们不断的像list中插入String对象，直到启动GC回收
/**
* GC 回收超时
* JVM参数配置: -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=5m
* @author: 轻狂书生FS
* @create: 2020-04-24-15:14
*/
public class GCOverheadLimitDemo {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
List<String> list = new ArrayList<>();
try {
while(true) {
list.add(String.valueOf(++i).intern());
}
} catch (Exception e) {
System.out.println("***************i:" + i);
e.printStackTrace();
throw e;
} finally {
}
}
}
运行结果
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 2047K->2047K(2560K)] [ParOldGen: 7106K->7106K(7168K)] 9154K->9154K(9728K), [Metaspace: 3504K->3504K(1056768K)], 0.0311093 secs] [Times: user=0.13 sys=0.00, real=0.03 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 2047K->0K(2560K)] [ParOldGen: 7136K->667K(7168K)] 9184K->667K(9728K), [Metaspace: 3540K->3540K(1056768K)], 0.0058093 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
Heap
PSYoungGen total 2560K, used 114K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 2048K, 5% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd1c878,0x00000000fff00000)
from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
to space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
ParOldGen total 7168K, used 667K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
object space 7168K, 9% used [0x00000000ff600000,0x00000000ff6a6ff8,0x00000000ffd00000)
Metaspace used 3605K, capacity 4540K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 399K, capacity 428K, committed 512K, reserved 1048576K
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
at java.lang.Integer.toString(Integer.java:403)
at java.lang.String.valueOf(String.java:3099)
at com.moxi.interview.study.oom.GCOverheadLimitDemo.main(GCOverheadLimitDemo.java:18)
我们能够看到 多次Full GC，并没有清理出空间，在多次执行GC操作后，就抛出异常 GC overhead limit
Direct buffer memory
Netty + NIO：这是由于NIO引起的
写NIO程序的时候经常会使用ByteBuffer来读取或写入数据，这是一种基于通道(Channel) 与 缓冲区(Buffer)的I/O方式，它可以使用Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
ByteBuffer.allocate(capability)：第一种方式是分配JVM堆内存，属于GC管辖范围，由于需要拷贝所以速度相对较慢
ByteBuffer.allocteDirect(capability)：第二种方式是分配OS本地内存，不属于GC管辖范围，由于不需要内存的拷贝，所以速度相对较快
但如果不断分配本地内存，堆内存很少使用，那么JVM就不需要执行GC，DirectByteBuffer对象就不会被回收，这时候怼内存充足，但本地内存可能已经使用光了，再次尝试分配本地内存就会出现OutOfMemoryError，那么程序就奔溃了。
一句话说：本地内存不足，但是堆内存充足的时候，就会出现这个问题
我们使用 -XX:MaxDirectMemorySize=5m 配置能使用的堆外物理内存为5M
-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=5m
然后我们申请一个6M的空间
// 只设置了5M的物理内存使用，但是却分配 6M的空间
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(6 * 1024 * 1024);
这个时候，运行就会出现问题了
配置的maxDirectMemory：5.0MB
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 2030K->488K(2560K)] 2030K->796K(9728K), 0.0008326 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 488K->0K(2560K)] [ParOldGen: 308K->712K(7168K)] 796K->712K(9728K), [Metaspace: 3512K->3512K(1056768K)], 0.0052052 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.00 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:693)
at java.nio.DirectByteBuffer.(DirectByteBuffer.java:123)
at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311)
at com.moxi.interview.study.oom.DIrectBufferMemoryDemo.main(DIrectBufferMemoryDemo.java:19)
unable to create new native thread
不能够创建更多的新的线程了，也就是说创建线程的上限达到了
在高并发场景的时候，会应用到
高并发请求服务器时，经常会出现如下异常java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread，准确说该native thread异常与对应的平台有关
导致原因：
- 应用创建了太多线程，一个应用进程创建多个线程，超过系统承载极限
- 服务器并不允许你的应用程序创建这么多线程，linux系统默认运行单个进程可以创建的线程为1024个，如果应用创建超过这个数量，就会报
java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread
解决方法：
- 想办法降低你应用程序创建线程的数量，分析应用是否真的需要创建这么多线程，如果不是，改代码将线程数降到最低
- 对于有的应用，确实需要创建很多线程，远超过linux系统默认1024个线程限制，可以通过修改linux服务器配置，扩大linux默认限制
/**
* 无法创建更多的线程
*
* @author: 轻狂书生FS
* @create: 2020-04-24-17:02
*/
public class UnableCreateNewThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; ; i++) {
System.out.println("************** i = " + i);
new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(Integer.MAX_VALUE);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
这个时候，就会出现下列的错误，线程数大概在 900多个
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to cerate new native thread
如何查看线程数
ulimit -u
Metaspace
元空间内存不足，Matespace元空间应用的是本地内存
-XX:MetaspaceSize 的处理化大小为20M
元空间是什么
元空间就是我们的方法区，存放的是类模板，类信息，常量池等
Metaspace是方法区HotSpot中的实现，它与持久代最大的区别在于：Metaspace并不在虚拟内存中，而是使用本地内存，也即在java8中，class metadata（the virtual machines internal presentation of Java class），被存储在叫做Matespace的native memory
永久代（java8后背元空间Metaspace取代了）存放了以下信息：
- 虚拟机加载的类信息
- 常量池
- 静态变量
- 即时编译后的代码
模拟Metaspace空间溢出，我们不断生成类 往元空间里灌输，类占据的空间总会超过Metaspace指定的空间大小
代码
在模拟异常生成时候，因为初始化的元空间为20M，因此我们使用JVM参数调整元空间的大小，为了更好的效果
-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=8m
代码如下：
/**
* 元空间溢出
*
* @author: 轻狂书生FS
* @create: 2020-04-24-17:32
*/
public class MetaspaceOutOfMemoryDemo {
// 静态类
static class OOMTest {
}
public static void main(final String[] args) {
// 模拟计数多少次以后发生异常
int i =0;
try {
while (true) {
i++;
// 使用Spring的动态字节码技术
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(OOMTest.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
@Override
public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
return methodProxy.invokeSuper(o, args);
}
});
}
} catch (Exception e) {
System.out.println("发生异常的次数:" + i);
e.printStackTrace();
} finally {
}
}
}
会出现以下错误：
发生异常的次数: 201
java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
总结
通过周阳老师的讲解，我对溢出错误有了深入的理解，听了周阳老师的讲解，我可能会在日常工作中更好更快的定位错误和解决错误。