OOM 原因及解决方案

1. 什么是OOM

1.1 OOM 含义:

OOM, 全称 “Out Of Memory”, 意思是 “内存用完了”。 它来源于 java.lang.OutOfMemoryError。

1.2 为什么会出现OOM:

官方介绍为当 JVM 因为没有足够的内存来为对象分配空间并且垃圾回收器也已经没有空间可回收时, 就会抛出 java.lang.OutOfMemoryError: ··· (注意: 这是个很严重的问题, 因为这个问题已经严重到不足以被应用处理)。

具体原因大致为两方面:

自身原因: 比如虚拟机本身可使用的内存太少。

外在原因: 如应用使用的太多, 且用完没释放, 浪费了内存。此时就会造成内存泄露或者内存溢出。

内存泄露: 申请使用完的内存没有释放, 导致虚拟机不能再次使用该内存, 此时这段内存就泄露了, 因为申请者不用了, 而又不能被虚拟机分配给别人用。

内存溢出: 申请的内存超出了 JVM 能提供的内存大小, 此时称之为溢出。

1.3 OOM 的 error 类型

首先说一下 JAVA 虚拟机运行时会管理的内存区域吧:

程序计数器: 当前线程执行的字节码的行号指示器, 线程私有

JAVA 虚拟机栈: Java 方法执行的内存模型, 每个 Java 方法的执行对应着一个栈帧的进栈和出栈的操作。

本地方法栈: 类似 “JAVA 虚拟机栈”, 但是为 native 方法的运行提供内存环境。

JAVA 堆: 对象内存分配的地方, 内存垃圾回收的主要区域, 所有线程共享。可分为新生代, 老生代。

方法区: 用于存储已经被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。Hotspot 中的 “永久代”。

运行时常量池: 方法区的一部分, 存储常量信息, 如各种字面量、符号引用等。

直接内存: 并不是 JVM 运行时数据区的一部分, 可直接访问的内存, 比如 NIO 会用到这部分。

所以除了程序计数器不会抛出 OOM 外, 其他各个内存区域都可能会抛出 OOM。

2.常见 OOM 情况:

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

java 堆内存溢出, 此种情况最常见, 一般由于内存泄露或者堆的大小设置不当引起。对于内存泄露, 需要通过内存监控软件查找程序中的泄露代码, 而堆大小可以通过虚拟机参数 - Xms,-Xmx 等修改。

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

java 永久代溢出, 即方法区溢出了, 一般出现于大量 Class 或者 jsp 页面, 或者采用 cglib 等反射机制的情况, 因为上述情况会产生大量的 Class 信息存储于方法区。当出现此种情况时可以通过更改方法区的大小来解决, 使用类似 - XX:PermSize=64m -XX:MaxPermSize=256m 的形式修改。注意, 过多的常量尤其是字符串也会导致方法区溢出。

java.lang.StackOverflowError

不会抛 OOM error, 但也是比较常见的 Java 内存溢出。JAVA 虚拟机栈溢出, 一般是由于程序中存在死循环或者深度递归调用造成的, 栈大小设置太小也会出现此种溢出。可以通过虚拟机参数 - Xss 来设置栈的大小。

2.1 OOM 分析

Heap Dump(堆转储文件)它是一个 Java 进程在某个时间点上的内存快照。Heap Dump 是有着多种类型的。不过总体上 heap dump 在触发快照的时候都保存了 java 对象和类的信息。通常在写 heap dump 文件前会触发一次 FullGC, 所以 heap dump 文件中保存的是 FullGC 后留下的对象信息。

通过设置如下的 JVM 参数, 可以在发生 OutOfMemoryError 后获取到一份 HPROF 二进制 Heap Dump 文件:

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

生成的文件会直接写入到工作目录。

注意: 该方法需要 JDK5 以上版本。

转存堆内存信息后, 需要对文件进行分析, 从而找到 OOM 的原因。可以使用以下方式:

mat: eclipse memory analyzer, 基于 eclipse RCP 的内存分析工具。具体使用参考: http://www.eclipse.org/mat/, 推荐使用。

jhat: JDK 自带的 java heap analyze tool, 可以将堆中的对象以 html 的形式显示出来, 包括对象的数量, 大小等等, 并支持对象查询语言 OQL, 分析相关的应用后, 可以通过 http://localhost:7000 来访问分析结果。不推荐使用。

2.2 九种 OOM 常见原因及解决方案

2.2.1 Java heap space

当堆内存 (Heap Space) 没有足够空间存放新创建的对象时, 就会抛出java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space 错误(根据实际生产经验, 可以对程序日志中的 OutOfMemoryError 配置关键字告警, 一经发现, 立即处理)。

2.2.1.1原因分析

Javaheap space 错误产生的常见原因可以分为以下几类：

请求创建一个超大对象，通常是一个大数组。

超出预期的访问量/数据量，通常是上游系统请求流量飙升，常见于各类促销/秒杀活动，可以结合业务流量指标排查是否有尖状峰值。

过度使用终结器（Finalizer），该对象没有立即被 GC。

内存泄漏（Memory Leak），大量对象引用没有释放，JVM 无法对其自动回收，常见于使用了 File 等资源没有回收。

2.2.1.2解决方案

针对大部分情况，通常只需要通过 -Xmx 参数调高 JVM 堆内存空间即可。如果仍然没有解决，可以参考以下情况做进一步处理：

如果是超大对象，可以检查其合理性，比如是否一次性查询了数据库全部结果，而没有做结果数限制。

如果是业务峰值压力，可以考虑添加机器资源，或者做限流降级。

如果是内存泄漏，需要找到持有的对象，修改代码设计，比如关闭没有释放的连接。

2.2.1.3实际案例

解决项目中java heap space的问题

JAVA HEAP SPACE解决方法和JVM参数设置

2.2.2 PermGen space

该错误表示永久代 (Permanent Generation) 已用满, 通常是因为加载的 class 数目太多或体积太大。

2.2.2.1原因分析

永久代存储对象主要包括以下几类：

加载/缓存到内存中的 class 定义，包括类的名称，字段，方法和字节码；

常量池；

对象数组/类型数组所关联的 class；

JIT 编译器优化后的 class 信息。

PermGen 的使用量与加载到内存的 class 的数量/大小正相关。

内存溢出之PermGen OOM深入分析和解决方案

2.2.2.2解决方案

根据 Permgen space 报错的时机，可以采用不同的解决方案，如下所示：

程序启动报错，修改 -XX:MaxPermSize 启动参数，调大永久代空间。

应用重新部署时报错，很可能是没有应用没有重启，导致加载了多份 class 信息，只需重启 JVM 即可解决。

运行时报错，应用程序可能会动态创建大量 class，而这些 class 的生命周期很短暂，但是 JVM 默认不会卸载 class，可以设置 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled 和 -XX:+UseConcMarkSweepGC这两个参数允许 JVM 卸载 class。

如果上述方法无法解决，可以通过 jmap 命令 dump 内存对象 jmap-dump:format=b,file=dump.hprof ，然后利用 Eclipse MAT https://www.eclipse.org/mat 功能逐一分析开销最大的 classloader 和重复 class。

2.2.3 GC overhead limit exceeded

2.2.3.1 原因分析

根据sun的说法： “if too much time is being spent in garbage collection: if more than 98% of the total time is spent in garbage collection and less than 2% of the heap is recovered, an OutOfMemoryError will be thrown.”

jvm gc行为中超过98%以上的时间去释放小于2%的堆空间时会报这个错误。

2.2.3.2 解决方案

1. 在jvm启动参数中添加 “-XX:-UseGCOverheadLimit”，该参数在JDK6中默认启用(“-XX:+UseGCOverheadLimit”)。

调整后的生产环境中使用的参数为：

JAVA_OPTS=‘-Xms512m -Xmx4096m -XX:MaxPermSize=128m -XX:-UseGCOverheadLimit -XX:+UseConcMarkSweepGC’

2. 检查是否有使用了大量内存的代码或死循环

3. 使用jstat命令监控gc行为是否正常

jstat监控gc的命令格式为：

jstat -gcutil [-t] [-h] [ []]

vmid为JVM进程id，可以用ps -ef 或 jps -lv命令查找。

以下命令为每1秒钟输出一次gc状态，共输入5次

[root@localhost bin]# jstat -gcutil 7675 1000 5
S0 S1 E O P YGC YGCT FGC FGCT GCT
.00 0.00 41.98 9.53 99.26 230 0.466 186 24.691 25.156
.00 0.00 41.98 9.53 99.26 230 0.466 186 24.691 25.156
.00 0.00 41.98 9.53 99.26 230 0.466 186 24.691 25.156
.00 0.00 41.98 9.53 99.26 230 0.466 186 24.691 25.156
.00 0.00 41.98 9.53 99.26 230 0.466 186 24.691 25.156

经过一段时间的观察，没有再出现该异常。

2.2.4 Metaspace

在jvm中，用来控制Metaspace区域内存大小的参数一般有两个：

-XX:MetaspaceSize：Metaspace初始大小；
-XX:MaxMetaspaceSize：Metaspace最大大小；

也就是说，对应一个jvm来说，Metaspace区域的大小是固定的，比如设置为：

-XX:MetaspaceSize=512M -XX:MaxMetaspaceSize=512M

那如果在应用执行的时候，不断的加载类，使得Metaspace区域被很多类放满了，会发生什么情况呢？

我们前面说过，在发生 Full GC的时候，会带着一起回收Metaspace区域的垃圾对象的；所以一旦Metaspace区域满了，此时它也会触发 Full GC，然后尝试回收自己里面的垃圾对象。

这里就有一个问题，Metaspace区域中的类（klass，class文件在jvm里的运行时数据结构），怎么判断它是否为垃圾对象呢？在这里它的判断条件要比Java堆中的实例对象严格很多：

该类的所有实例对象都已经被回收（Java堆中不存在它的任何实例）；
加载该类的ClassLoader都已经被回收；
该类对应的 java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法；

所以当Metaspace满了的时候，就算执行了Full GC，也未必能够回收掉很多它里面的类；当不能回收很多类的时候，jvm还在继续加载类到Metaspace中，那它也没有地方来存这些类了，也就只有发生OOM了。

2.2.4.1 原因分析

对于日常的项目运行情况来说，Metaspace区域是很少发生OOM的；如果发生了OOM，一般都是以下两个原因：

在上线系统的时候，使用默认参数，没有指定Metaspace区域的大小，导致Metaspace区域只有默认的20M左右；这对于稍微大一点的系统，本身自己就有很多类，还有依赖的一些第三方框架等也有很多类，20M左右的Metaspace很容易就被填满了；
这里再介绍一个查看jvm中默认参数大小的命令：java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep MetaspaceSize
应对这种情况，正常的应用部署上线都需要设置Metaspace大小；小一点的应用设置为 256M，大一点的应用设置为512M，一般都够用了；

在系统代码中用到了一些cglib等技术动态的生成了一些类，如果代码中没有控制好，导致生成的类过多，很容易就把Metaspace填满；
应对这种情况，如果代码中有需要动态生成类，就需要好好检查代码了，注意生成的数量和回收；如果遇到了这种oom也需要再次回来检查代码；

2.2.4.2 处理方法

JVM——12.定位 Metaspace OOM

2.2.5 Unable to create new native thread

每个 Java 线程都需要占用一定的内存空间，当 JVM 向底层操作系统请求创建一个新的 native 线程时，如果没有足够的资源分配就会报此类错误。

2.2.5.1 原因分析

一般由于两个原因导致的：

1） 内存空间不足以满足创建线程所需的stack size
  virtual memory < stack size*the number of threads
2） 线程数已达到操作系统的上限

JVM 内部的应用程序请求创建一个新的 Java 线程；

JVM native 方法代理了该次请求，并向操作系统请求创建一个 native 线程；

操作系统尝试创建一个新的 native 线程，并为其分配内存；

如果操作系统的虚拟内存已耗尽，或是受到 32 位进程的地址空间限制，操作系统就会拒绝本次 native 内存分配；

JVM 将抛出 java.lang.OutOfMemoryError:Unableto createnewnativethread 错误。

2.2.5.2 问题定位

解决 java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

2.2.5.3 解决方案

升级配置，为机器提供更多的内存；

降低 Java Heap Space 大小；

修复应用程序的线程泄漏问题；

限制线程池大小；

使用 -Xss 参数减少线程栈的大小；

调高 OS 层面的线程最大数：执行 ulimia-a 查看最大线程数限制，使用 ulimit-u xxx 调整最大线程数限制。

ulimit -a … 省略部分内容 … max user processes (-u) 16384

2.2.6 Out of swap space

该错误表示所有可用的虚拟内存已被耗尽。虚拟内存（Virtual Memory）由物理内存（Physical Memory）和交换空间（Swap Space）两部分组成。当运行时程序请求的虚拟内存溢出时就会报 Outof swap space? 错误。

2.2.6.1 原因分析

如果 native heap 内存耗尽, 内存分配时, JVM 就会抛出 java.lang.OutOfmemoryError: Out of swap space? 错误消息, 这个消息告诉用户, 请求分配内存的操作失败了。

Java进程使用了虚拟内存才会发生这个错误。 对 Java的垃圾收集 来说这是很难应付的场景。即使现代的 GC算法 很先进, 但虚拟内存交换引发的系统延迟, 会让 GC暂停时间 膨胀到令人难以容忍的地步。

通常是操作系统层面的原因导致 java.lang.OutOfMemoryError: Out of swap space? 问题, 例如:

操作系统的交换空间太小。
机器上的某个进程耗光了所有的内存资源。

当然也可能是应用程序的本地内存泄漏(native leak)引起的, 例如, 某个程序/库不断地申请本地内存,却不进行释放。

2.2.6.2 解决方案

升级地址空间为 64 bit；

使用 Arthas 检查是否为 Inflater/Deflater 解压缩问题，如果是，则显式调用 end 方法。

Direct ByteBuffer 问题可以通过启动参数 -XX:MaxDirectMemorySize 调低阈值。

升级服务器配置/隔离部署，避免争用。

OutOfMemoryError系列（6）: Out of swap space？

2.2.7 Kill process or sacrifice child

有一种内核作业（Kernel Job）名为 Out of Memory Killer，它会在可用内存极低的情况下“杀死”（kill）某些进程。OOM Killer 会对所有进程进行打分，然后将评分较低的进程“杀死”，具体的评分规则可以参考 Surviving the Linux OOM Killer。

不同于其他的 OOM 错误， Killprocessorsacrifice child 错误不是由 JVM 层面触发的，而是由操作系统层面触发的。

2.2.7.1 原因分析

默认情况下，Linux 内核允许进程申请的内存总量大于系统可用内存，通过这种“错峰复用”的方式可以更有效的利用系统资源。

然而，这种方式也会无可避免地带来一定的“超卖”风险。例如某些进程持续占用系统内存，然后导致其他进程没有可用内存。此时，系统将自动激活 OOM Killer，寻找评分低的进程，并将其“杀死”，释放内存资源。

2.2.7.2 解决方案

升级服务器配置/隔离部署，避免争用。

OOM Killer 调优。

OutOfMemoryError系列（8）: Kill process or sacrifice child

2.2.8 Requested array size exceeds VM limit

JVM 限制了数组的最大长度，该错误表示程序请求创建的数组超过最大长度限制。

JVM 在为数组分配内存前，会检查要分配的数据结构在系统中是否可寻址，通常为 Integer.MAX_VALUE-2。

此类问题比较罕见，通常需要检查代码，确认业务是否需要创建如此大的数组，是否可以拆分为多个块，分批执行。

2.2.9 Direct buffer memory

Java 允许应用程序通过 Direct ByteBuffer 直接访问堆外内存，许多高性能程序通过 Direct ByteBuffer 结合内存映射文件（Memory Mapped File）实现高速 IO。

2.2.9.1 原因分析

Direct ByteBuffer 的默认大小为 64 MB，一旦使用超出限制，就会抛出 Directbuffer memory 错误。

2.2.9.2 解决方案

Java 只能通过 ByteBuffer.allocateDirect 方法使用 Direct ByteBuffer，因此，可以通过 Arthas 等在线诊断工具拦截该方法进行排查。

检查是否直接或间接使用了 NIO，如 netty，jetty 等。

通过启动参数 -XX:MaxDirectMemorySize 调整 Direct ByteBuffer 的上限值。

检查 JVM 参数是否有 -XX:+DisableExplicitGC 选项，如果有就去掉，因为该参数会使 System.gc() 失效。

检查堆外内存使用代码，确认是否存在内存泄漏；或者通过反射调用 sun.misc.Cleaner 的 clean() 方法来主动释放被 Direct ByteBuffer 持有的内存空间。

内存容量确实不足，升级配置。

OutOfMemoryError系列（7）: Requested array size exceeds VM limit

参考：

百度面试题：一个线程 OOM 后，其他线程还能运行吗？

OOM 原因及解决方案