Java虚拟机——OutOfMemoryError异常

• 除了程序计数器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有可能发生OOM

添加虚拟机启动参数

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

• 堆的最小值 -Xms参数 最大值-Xmx参数
• 这两个设置成一样可以避免堆自动拓展
• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可以让虚拟机出现内存溢出异常的时候Dump出当前的内存堆转储快照以便进行事后分析。

2.4.1 Java堆溢出

• Java堆用于存储对象实例，我们只要不断创建对象
• 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
• 那么随着对象的数量增加，总容量触及最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class OOM {

    static class OOMObject{}

    public static void main(String[] args) {

        List<OOMObject> list = new ArrayList<>();

        while(true){
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

• Java堆内存是最常见的内存溢出异常情况
• 当Java堆溢出的时候，异常堆栈信息"java.lang.OutOfMemoryError" 会跟随进一步提示 " Java heap space"
  

2.4.2 虚拟机栈和本地方法栈溢出

• HotSpot虚拟机并不区分虚拟机栈和本地方法栈
• 对于HotSpot来说，-Xoss(设置本地方法栈大小)参数虽然存在，但实际上是没有效果的。
• 栈容量只能由-Xss参数来设定

*明确允许Java虚拟机自行选择是否支持栈的动态拓展 HotSpot虚拟机是不支持拓展的

• 所以说对于OOM来说，除非在创建线程的时候申请内存就超出了。不然的话在线程运行时，不会因为拓展而导致内存溢出。

• 但是会因为栈容量无法容纳新的栈帧而导致StackOverflowError异常

1. 下面是使用-Xss参数减少栈内存容量

/**
* VM Args: -Xss128k
*/

public class JavaVMStackSOF {

    private int mStackLength = 1;

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

    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();

        try{
            oom.stackLeak();
        }catch (Throwable e){
            System.out.println("stack length:" +oom.mStackLength);
            throw e;
        }
    }
}

• 针对不同的Java虚拟机和不同的操作系统，栈容量最小值可能会有所限制，这主要取决于操作系统内存分页大小

2. 定义大量的本地变量，增大此方法帧中本地变量表的长度

public class JavaVMStackSOF{
    private static int stackLength = 0;

    public static void stackLeak(){
        long unused1,unused2,unused3,unused4,unused5,unused6,unused7,unused8,unused9,unused10,
                unused11,unused12,unused13,unused14,unused15,unused16,unused17,unused18,unused19,unused20,
                unused21,unused22,unused23,unused24,unused25,unused26,unused27,unused28,unused29,unused30,
                unused31,unused32,unused33,unused34,unused35,unused36,unused37,unused38,unused39,unused40,
                unused41,unused42,unused43,unused44,unused45,unused46,unused47,unused48,unused49,unused50,
                unused51,unused52,unused53,unused54,unused55,unused56,unused57,unused58,unused59,unused60,
                unused61,unused62,unused63,unused64,unused65,unused66,unused67,unused68,unused69,unused70,
                unused71,unused72,unused73,unused74,unused75,unused76,unused77,unused78,unused79,unused80,
                unused81,unused82,unused83,unused84,unused85,unused86,unused87,unused88,unused89,unused90,
                unused91,unused92,unused93,unused94,unused95,unused96,unused97,unused98,unused99,unused100;

        stackLength++;
        stackLeak();

        unused1=unused2=unused3=unused4=unused5=unused6=unused7=unused8=unused9=unused10=
                unused11=unused12=unused13=unused14=unused15=unused16=unused17=unused18=unused19=unused20=
                unused21=unused22=unused23=unused24=unused25=unused26=unused27=unused28=unused29=unused30=
                unused31=unused32=unused33=unused34=unused3=unused36=unused37=unused38=unused39=unused40=
                unused41=unused42=unused43=unused44=unused45=unused46=unused47=unused48=unused49=unused50=
                unused51=unused52=unused53=unused54=unused55=unused56=unused57=unused58=unused59=unused60=
                unused61=unused62=unused63=unused64=unused65=unused66=unused67=unused68=unused69=unused70=
                unused71=unused72=unused73=unused74=unused75=unused76=unused77=unused78=unused79=unused80=
                unused81=unused82=unused83=unused84=unused85=unused86=unused87=unused88=unused89=unused90=
                unused91=unused92=unused93=unused94=unused95=unused96=unused97=unused98=unused99=unused100 = 0;
    }


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

}

3. 不断建立线程的方式，在HotSpot虚拟机上也可以产生内存溢出异常

• 这样产生的内存溢出异常和栈空间是否足够并不存在任何直接关系，主要取决于操作系统本身的内存使用状态
• 减去其他运行时区域所占的内存，剩下的内存由虚拟机栈和本地方法栈来分配 ， 因为他们是线程私有的，所以为每个线程分配到的栈内存越大，可以建立的线程数量自然就越少，建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽。

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

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

• Java的线程是映射到操作系统的内核线程上的，无限制地创建线程会对操作系统带来很大的压力。
• 如果碰到建立多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数量或者是更换为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

2.4.3 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，所以他们可以放到一起进行。
• String::intern()是一个本地方法，它的作用是如果 字符串常量池中 已经包含了 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对象的引用。
• 否则会将此 String对象包含的字符串 添加到 字符串常量池中，并且返回此String对象的引用。
  

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class RuntimeConstantPoolOOM {

    public static void main(String[] args) {

        //使用Set保持常量池的引用，避免Full GC回收常量池的行为
        Set<String> set = new HashSet<>();

        //在short范围内足以让6MB的PermSize产生OOM了
        short i = 0;

        while(true){
            set.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    
    }
    
}

• 下面是设置成6m的结果，不设置的话程序会无限循环下去。
  

String.intern()返回引用的测试

public class RuntimeConstantPoolOOM {

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();
        System.out.println(str1.intern() == str1);

        String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
        System.out.println(str2.intern() == str2);
    }
}

方法区的其他部分

• 来看方法区的其他部分的内容
• 方法区的主要职责是用于存放类型的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。
• 对于这部分区域，基本的思路是 运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出为止。

通过生成大量的动态类可以，当前的很多主流框架，如Spring、Hibernate对类进行增强的时候，都会使用到CGLib这类字节码技术

• 当增强的类越多，就需要越大的方法区以保证动态生成的新类型可以载入内存。

• 除此之外，很多运行于Java虚拟机上的动态语言(例如Groovy等)都会持续创建新类型来支撑语言的动态性
• 所以说，方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常，一个类如果要被垃圾收集器回收，要达成的条件是很苛刻的。
  

2.4.4 本机直接内存溢出

• 直接内存大小可以通过-XX：MaxDirectMemorySize参数来指定，如果不去指定，则默认与Java堆最大值一致。(-Xmx指定)
  

import sun.misc.Unsafe;

import java.lang.reflect.Field;

public class DirectMemoryOOM {

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while(true){
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}

• 直接内存溢出，一个很明显的特征就是在Heap Dump文件中不会看见有什么明显的异常情况
• 如果读者发现内存溢出之后产生的Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了DirectMemory(典型的间接使用就是NIO)，那就可以考虑重点检查一下直接内存方面的原因了。