JAVA虚拟机-第2章 Java自动内存管理-异常实践

Java堆溢出

堆的参数设置：将堆的最小值-Xms参数与最大值-Xmx参数设置

public class HeapOOM {
    static class OOMObject {
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
        while (true) {
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟随进一步提示“Java heap space”。
因为List溢出啦 它存在堆区
解决方法：
第一步首先应确认内存中导致OOM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）
内存泄漏：
内存溢出：

虚拟机栈和本地方法栈溢出

栈容量只能由-Xss参数来设定
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（栈容量 栈帧大小）大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。
2）如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，将抛出
OutOfMemoryError异常。
一般HotSpot不会产生OutOfMemoryError 因为其不允许动态扩展 只能加高深度达到栈溢出
·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。
代码

public class JavaVMSTackSOF {
    /**
     *VM Options：-Xss128k
     */
    private int stackLength = 1;
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        JavaVMSTackSOF oom = new JavaVMSTackSOF();
        try {
            oom.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

结果：

·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，异常出现时输出的堆栈深度相应缩小。
代码：

public class JavaVMSTackSOF {
    private static int stackLength = 0;
    public static void test() {
        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 ++;
        test();
        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 = 0;
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            test();
        }catch (Error e){
            System.out.println("stack length:" + stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

如果测试时不限于单线程，通过不断建立线程的方式，在HotSpot上也是可以产生内存溢出异常
的，具体如代码清单2-6所示。但是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的关系，主要取决于操作系统本身的内存使用状态。

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，所以这两个区域的溢出测试可以放到一起进行。
JDK6
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
到常量池中，并且返回此String对象的引用。但自JDK 7起，原本存放在永久代的字符串常量池被移至Java堆之中
JDK7
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。对于这部分区域的测试，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。虽然直接使用Java SE API也可以动态产生类（如反射时的GeneratedConstructorAccessor和动态代理等），但在本次实验中操作起来比较麻烦。借助了CGLib[3]直接操作字节码运行时生成了大量的动态类。很多运行于Java虚拟机上的动态语言（例如Groovy等）通常都会持续创建新类型来支撑语
言的动态性，随着这类动态语言的流行，溢出场景也越来越容易遇到
JDK8
在JDK 8以后，永久代便完全退出了历史舞台，元空间作为其替代者登场。在默认设置下，前面
列举的那些正常的动态创建新类型的测试用例已经很难再迫使虚拟机产生方法区的溢出异常了。不过
为了让使用者有预防实际应用里出现类似于代码清单2-9那样的破坏性的操作，HotSpot还是提供了一
些参数作为元空间的防御措施，主要包括：
·-XX：MaxMetaspaceSize：设置元空间最大值，默认是-1，即不限制，或者说只受限于本地内存
大小。
·-XX：MetaspaceSize：指定元空间的初始空间大小，以字节为单位，达到该值就会触发垃圾收集
进行类型卸载，同时收集器会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放
了很少的空间，那么在不超过-XX：MaxMetaspaceSize（如果设置了的话）的情况下，适当提高该
值。
·-XX：MinMetaspaceFreeRatio：作用是在垃圾收集之后控制最小的元空间剩余容量的百分比，可
减少因为元空间不足导致的垃圾收集的频率。类似的还有-XX：Max-MetaspaceFreeRatio，用于控制最大的元空间剩余容量的百分比。

本机直接内存溢出

直接内存（Direct Memory）的容量大小可通过-XX：MaxDirectMemorySize参数来指定，如果不
去指定，则默认与Java堆最大值（由-Xmx指定）一致。代码越过了DirectByteBuffer类直接通过反射获取Unsafe实例进行内存分配（Unsafe类的getUnsafe()方法指定只有引导类加载器才会返回实例，体现了设计者希望只有虚拟机标准类库里面的类才能使用Unsafe的功能，在JDK 10时才将Unsafe的部分功能通过VarHandle开放给外部使用），因为虽然使用DirectByteBuffer分配内存也会抛出内存溢出异常，但它抛出异常时并没有真正向操作系统申请分配内存，而是通过计算得知内存无法分配就会在代码里手动抛出溢出异常，真正申请分配内存的方法是Unsafe::allocateMemory()。

//VM-Options -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
public class DirectMemoryOOM {
private static final int _1MB = 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) throws Exception {
//反射 
//反射是Java中的一个功能，它允许程序在运行时访问和修改它自身的结构和行为。这意味着你的程序可以在运行时分析和操作类、接口、字段和方法。

//使用Java的反射API，程序能够：

//创建任何类的对象。
//获取类的所有构造方法、字段、方法和注解。
//调用任何类的任何方法。
//改变任何类的字段值，即使它们被标记为私有
Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
while (true) {
unsafe.allocateMemory(_1MB);
}
}
}

结果：