常见OOM问题之Java heap space 堆溢出问题详解

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正文

第一篇：java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

Java 应用程序只允许使用有限的内存量。此限制是在应用程序启动期间指定的。为了让事情变得更复杂，Java 内存被分成两个不同的区域。这些区域称为堆空间和 Permgen（用于永久代）：

1.png

(https://heapdump.cn/article/3100493)

这些区域的大小是在 Java 虚拟机 (JVM) 启动期间设置的，可以通过指定 JVM 参数-Xmx和-XX:MaxPermSize进行自定义。如果您没有明确设置大小，将使用特定于平台的默认值。

该java.lang.OutOfMemoryError：Java堆空间时，应用程序错误将被触发尝试添加更多的数据放入堆空间区域，但没有足够的空间供它。

请注意，可能有足够的物理内存可用，但是只要 JVM 达到堆大小限制，就会抛出java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space错误。

1，是什么原因造成的？

java.lang.OutOfMemoryError 的最常见原因很简单：您尝试将 XXL 应用程序放入 S 大小的 Java 堆空间中。也就是说 - 应用程序只需要比正常运行可用的更多的 Java 堆空间。此 OutOfMemoryError 消息的其他原因更为复杂，并且是由编程错误引起的：

使用量/数据量激增。该应用程序旨在处理一定数量的用户或一定数量的数据。当用户数或数据量突然激增并超过预期阈值时，在峰值之前正常运行的操作停止运行并触发java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space错误。
内存泄漏。特定类型的编程错误会导致您的应用程序不断消耗更多内存。每次使用应用程序的泄漏功能时，都会将一些对象留在 Java 堆空间中。随着时间的推移，泄漏的对象会消耗所有可用的 Java 堆空间并触发已经熟悉的java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space错误。

2，举个例子

第一个例子非常简单——下面的 Java 代码尝试分配一个 2M 整数的数组。当您编译它并使用 12MB 的 Java 堆空间 ( java -Xmx12m OOM ) 启动时，它会失败并显示java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space消息。使用 13MB Java 堆空间，程序运行得很好。

class OOM {
  static final int SIZE=2*1024*1024;
  public static void main(String[] a) {
    int[] i = new int[SIZE];
   }
}

内存泄漏示例

第二个也是更现实的例子是内存泄漏。在 Java 中，当开发人员创建和使用新对象（例如 new Integer(5) ）时，他们不必自己分配内存——这由 Java 虚拟机 (JVM) 负责。在应用程序的生命周期中，JVM 会定期检查内存中的哪些对象仍在使用，哪些尚未使用。可以丢弃未使用的对象，回收内存并再次使用。这个过程称为垃圾收集。JVM 中负责收集的相应模块称为垃圾收集器 (GC)。

Java 的自动内存管理依赖于GC定期查找未使用的对象并删除它们。稍微简化一下，我们可以说Java中的内存泄漏是应用程序不再使用某些对象但****垃圾收集****无法识别它的情况。结果，这些未使用的对象无限期地保留在 Java 堆空间中。这种堆积最终会触发java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space错误。

构造一个满足内存泄漏定义的 Java 程序相当容易：

class KeylessEntry {

   static class Key {
      Integer id;

      Key(Integer id) {
         this.id = id;
      }

      @Override
      public int hashCode() {
         return id.hashCode();
      }
   }

   public static void main(String[] args) {
      Map m = new HashMap();
      while (true)
         for (int i = 0; i < 10000; i++)
            if (!m.containsKey(new Key(i)))
               m.put(new Key(i), "Number:" + i);
   }
}

当您执行上面的代码时，您可能希望它永远运行而不会出现任何问题，假设朴素的缓存解决方案仅将底层 Map 扩展到 10,000 个元素，因为除此之外，所有键都已经存在于 HashMap 中。然而，实际上这些元素将继续添加，因为 Key 类在其hashCode()旁边不包含适当的equals()实现。

结果，随着时间的推移，随着不断使用泄漏代码，“缓存”结果最终会消耗大量 Java 堆空间。当泄漏的内存填满堆区域中的所有可用内存并且垃圾收集无法清除它时，会抛出java.lang.OutOfMemoryError:Java 堆空间。

解决方案很简单——添加类似于下面的equals()方法的实现，你会很高兴。但在你找到原因之前，你肯定会失去一些宝贵的脑细胞。

@Override
public boolean equals(Object o) {
   boolean response = false;
   if (o instanceof Key) {
      response = (((Key)o).id).equals(this.id);
   }
   return response;
}

3，解决办法是什么？

在某些情况下，分配给 JVM 的堆数量不足以满足在该 JVM 上运行的应用程序的需求。在这种情况下，你应该只分配更多的堆——请参阅本章末尾以了解如何实现这一点。

然而，在许多情况下，提供更多的 Java 堆空间并不能解决问题。例如，如果您的应用程序包含内存泄漏，添加更多堆只会推迟java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space错误。此外，增加 Java 堆空间量也往往会增加GC 暂停的长度，影响应用程序的吞吐量或延迟。

如果您希望解决 Java 堆空间的潜在问题而不是掩盖症状，您需要弄清楚代码的哪一部分负责分配最多的内存。换句话说，您需要回答以下问题：

哪些对象占据堆的大部分
在源代码中分配这些对象的位置

此时，请确保在您的日历中清除几天（或 – 请参阅项目符号列表下方的自动方式）。以下是一个粗略的流程大纲，可以帮助您回答上述问题：

获得安全许可，以便从 JVM 执行堆转储。“转储”基本上是您可以分析的堆内容的快照。因此，这些快照可能包含机密信息，例如密码、信用卡号等，因此出于安全原因，甚至可能无法获取此类转储。
在适当的时候获取转储。准备好进行一些转储，因为在错误的时间进行时，堆转储包含大量噪音，实际上可能毫无用处。另一方面，每次堆转储都会完全“冻结”JVM，因此不要使用太多堆转储，否则您的最终用户会开始面临性能问题。
找到一台可以加载转储的机器。当您的 JVM-to-troubleshoot 使用例如 8GB 的堆时，您需要一台超过 8GB 的机器来分析堆内容。启动转储分析软件（我们推荐Eclipse MAT，但也有同样好的替代品）。
检测到最大堆消耗者的 GC 根的路径。我们已经覆盖在一个单独的后这一活动在这里。对于初学者来说尤其困难，但练习会让您了解结构和导航机制。
接下来，您需要弄清楚在源代码中的何处分配了具有潜在危险的大量对象。如果您非常了解应用程序的源代码，则可以通过几次搜索来完成此操作。

或者，我们建议Plumbr，这是唯一具有自动根本原因检测功能的 Java 监控解决方案。在其他性能问题中，它捕获所有java.lang.OutOfMemoryError并自动为您提供有关最需要内存的数据结构的信息。

Plumbr 负责在幕后收集必要的数据——这包括有关堆使用情况的相关数据（只有对象布局图，没有实际数据），以及一些您甚至在堆转储中都找不到的数据。它还会为您进行必要的数据处理——在 JVM 遇到java.lang.OutOfMemoryError 时立即进行。这是来自 Plumbr 的java.lang.OutOfMemoryError事件警报示例：

2.png

(https://heapdump.cn/article/3100493)

无需任何额外的工具或分析，您就可以看到：

哪些对象消耗的内存最多（271 个com.example.map.impl.PartitionContainer实例消耗了 248MB 总堆中的 173MB）
这些对象的分配位置（大部分分配在MetricManagerImpl类中，第 304 行）
当前引用这些对象的是什么（直到 GC 根的完整引用链）

有了这些信息，您就可以放大潜在的根本原因，并确保将数据结构修剪到适合您的内存池的级别。

但是，当您从内存分析或阅读 Plumbr 报告得出的结论是内存使用是合法的并且源代码中没有任何更改时，您需要让您的 JVM 有更多的 Java 堆空间才能正常运行。在这种情况下，更改您的 JVM 启动配置并添加（或增加值，如果存在）以下内容：

-Xmx1024m

上述配置将为应用程序提供 1024MB 的 Java 堆空间。您可以对 GB 使用 g 或 G，对 MB 使用 m 或 M，对 KB 使用 k 或 K。例如，以下所有内容都相当于说最大的 Java 堆空间为 1GB：

java -Xmx1073741824 com.mycompany.MyClass
    java -Xmx1048576k com.mycompany.MyClass
    java -Xmx1024m com.mycompany.MyClass
    java -Xmx1g com.mycompany.MyClass

Java OOM系列专题：

第一篇：Java OOM 原理篇：什么是 Java OOM

第二篇：Java OOM 基础篇：常见的OutOfMemoryError 场景一：Java heap space 堆溢出问题详解

第三篇：Java OOM 基础篇：常见的OutOfMemoryError 场景二 : GC overhead limit exceeded 问题详解

第四篇：Java OOM 基础篇：常见的OutOfMemoryError 场景三： PermGen space 永久空间问题详解

第五篇：Java OOM 基础篇：常见的OutOfMemoryError 场景四： Permgen size 元空间问题详解

第六篇：Java OOM 实战篇：应用故障之Java heap space 堆溢出实战

第七篇：Java OOM 高级篇：体验了一把线上CPU100%及应用OOM的排查和解决过程

第八篇：Java OOM 高级篇：线上Docker 上Springboot程序OOM问题的排查分享