Java常見內存溢出異常分析

2021-01-11 電子發燒友
　　Java 堆 OutOfMemoryError

　　Java 堆是用來存儲對象實例的， 因此如果我們不斷地創建對象， 並且保證 GC Root 和創建的對象之間有可達路徑以免對象被垃圾回收， 那麼當創建的對象過多時， 會導致 heap 內存不足， 進而引發 OutOfMemoryError 異常。

　　public class OutOfMemoryErrorTest{

　　public static void main （String［］ args）{

　　List《Integer》 list = new ArryList《》（）;

　　int i=0;

　　while（true）{

　　list.add（i++）;

　　}}}

　　上面是一個引發 OutOfMemoryError 異常的代碼， 我們可以看到， 它就是通過不斷地創建對象， 並將對象保存在 list 中防止其被垃圾回收， 因此當對象過多時， 就會使堆內存溢出。

　　通過 java -Xms10m -Xmx10m -XX：+HeapDumpOnOutOfMemoryError 我們設置了堆內存為 10 兆， 並且使用參數 -XX：+HeapDumpOnOutOfMemoryError 讓 JVM 在發生 OutOfMemoryError 異常時列印出當前的內存快照以便於後續分析。

　　編譯運行上述代碼後， 會有如下輸出：

　　》》》java -Xms10m - Xms10m-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError com.test.OutOfMemoryErrorTest 16-10-12 10:28

　　java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

　　Dumping heap to java_pid1810.hprof.。。

　　Heap dump file created ［14212861 bytes in 0.128 secs］

　　Exception in thread 「main」 java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

　　at java.util.Arrays.copyof（Arrays.java:3210）

　　at java.util.Arrays.copyof（Arrays.java:3181）

　　堆內存溢出的時候，虛擬機會拋出java.lang.OutOfMemoryError:java heap space，出現此種情況的時候，我們需要根據內存溢出的時候產生的dump文件來具體分析（需要增加-XX：+HeapDumpOnOutOfMemoryErrorjvm啟動參數）。出現此種問題的時候有可能是內存洩露，也有可能是內存溢出了。

　　如果內存洩露，我們要找出洩露的對象是怎麼被GC ROOT引用起來，然後通過引用鏈來具體分析洩露的原因。

　　如果出現了內存溢出問題，這往往是程序本生需要的內存大於了我們給虛擬機配置的內存，這種情況下，我們可以採用調大-Xmx來解決這種問題。

　　下面我們通過如下的代碼來演示一下此種情況的溢出：

　　［java］ view plain copyimport java.util.*;

　　import java.lang.*;

　　public class OOMTest{

　　public static void main（String.。。 args）{

　　List《byte［］》 buffer = new ArrayList《byte［］》（）;

　　buffer.add（new byte［10*1024*1024］）;

　　}

　　}

　　我們通過如下的命令運行上面的代碼：

　　java -verbose:gc -Xmn10M -Xms20M -Xmx20M -XX：+PrintGC OOMTest

　　程序輸入如下的信息：

　　［plain］ view plain copy［GC 1180K-》366K（19456K）， 0.0037311 secs］

　　［Full GC 366K-》330K（19456K）， 0.0098740 secs］

　　［Full GC 330K-》292K（19456K）， 0.0090244 secs］

　　Exception in thread 「main」 java.lang.OutOfMemoryError： Java heap space

　　at OOMTest.main（OOMTest.java:7）

　　從運行結果可以看出，JVM進行了一次Minor gc和兩次的Major gc，從Major gc的輸出可以看出，gc以後old區使用率為134K，而字節數組為10M，加起來大於了old generation的空間，所以拋出了異常，如果調整-Xms21M，-Xmx21M，那麼就不會觸發gc操作也不會出現異常了。

　　Java 棧 StackOverflowError

　　我們知道， JVM 的運行時數據區中有一個叫做 虛擬機棧 的內存區域， 此區域的作用是： 每個方法在執行時都會創建一個棧幀， 用於存儲局部變量表， 操作數棧， 方法出口等信息。

　　因此我們可以創建一個無限遞歸的遞歸調用， 當遞歸深度過大時， 就會耗盡棧空間， 進而導致了 StackOverflowError 異常。

　　下面是具體的代碼：

　　public class OutOfMemoryErrorTest{

　　public static void main （String ［］ srgs）{

　　stackOutOfMemoryError（1）;

　　）

　　public static void stackOutOfMemoryError（int depth）{

　　depth++;

　　stackOutOfMemoryError（depth）;

　　}}

　　當編譯運行上述的代碼後， 會輸出如下異常信息：

　　Exception in thread 「main」 java.lang.StackOverflowError

　　at com.test.OutOfMemoryErrorTest.stackOutOfMemoryError（OutOfMemoryErrorTest.java:27）

　　棧溢出拋出java.lang.StackOverflowError錯誤，出現此種情況是因為方法運行的時候棧的深度超過了虛擬機容許的最大深度所致。

　　出現這種情況，一般情況下是程序錯誤所致的，比如寫了一個死遞歸，就有可能造成此種情況。 下面我們通過一段代碼來模擬一下此種情況的內存溢出。

　　［java］ view plain copyimport java.util.*;

　　import java.lang.*;

　　public class OOMTest{

　　public void stackOverFlowMethod（）{

　　stackOverFlowMethod（）;

　　}

　　public static void main（String.。。 args）{

　　OOMTest oom = new OOMTest（）;

　　oom.stackOverFlowMethod（）;

　　}

　　}

　　運行上面的代碼，會拋出如下的異常：

　　［plain］ view plain copyException in thread 「main」 java.lang.StackOverflowError

　　at OOMTest.stackOverFlowMethod（OOMTest.java:6）

　　通過上面的實驗其實也從側面驗證了一個結論：當對象大於新生代剩餘內存的時候，將直接放入老年代，當老年代剩餘內存還是無法放下的時候，出發垃圾收集，收集後還是不能放下就會拋出內存溢出異常了

　　持久帶溢出（OutOfMemoryError： PermGen space）

　　我們知道Hotspot jvm通過持久帶實現了Java虛擬機規範中的方法區，而運行時的常量池就是保存在方法區中的，因此持久帶溢出有可能是運行時常量池溢出，也有可能是方法區中保存的class對象沒有被及時回收掉或者class信息佔用的內存超過了我們配置。當持久帶溢出的時候拋出java.lang.OutOfMemoryError： PermGen space。

　　我在工作可能在如下幾種場景下出現此問題。

　　使用一些應用伺服器的熱部署的時候，我們就會遇到熱部署幾次以後發現內存溢出了，這種情況就是因為每次熱部署的後，原來的class沒有被卸載掉。

　　如果應用程式本身比較大，涉及的類庫比較多，但是我們分配給持久帶的內存（通過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來設置）比較小的時候也可能出現此種問題。

　　一些第三方框架，比如spring，hibernate都通過字節碼生成技術（比如CGLib）來實現一些增強的功能，這種情況可能需要更大的方法區來存儲動態生成的Class文件。

　　我們知道Java中字符串常量是放在常量池中的，String.intern（）這個方法運行的時候，會檢查常量池中是否存和本字符串相等的對象，如果存在直接返回對常量池中對象的引用，不存在的話，先把此字符串加入常量池，然後再返回字符串的引用。那麼我們就可以通過String.intern方法來模擬一下運行時常量區的溢出。下面我們通過如下的代碼來模擬此種情況：

　　［java］ view plain copyimport java.util.*;

　　import java.lang.*;

　　public class OOMTest{

　　public static void main（String.。。 args）{

　　List《String》 list = new ArrayList《String》（）;

　　while（true）{

　　list.add（UUID.randomUUID（）.toString（）.intern（））;

　　}

　　}

　　}

　　我們通過如下的命令運行上面代碼：

　　java -verbose:gc -Xmn5M -Xms10M -Xmx10M -XX:MaxPermSize=1M -XX：+PrintGC OOMTest

　　運行後的輸入如下圖所示：

　　［plain］ view plain copyException in thread 「main」 java.lang.OutOfMemoryError： PermGen space

　　at java.lang.String.intern（Native Method）

　　at OOMTest.main（OOMTest.java:8）

　　通過上面的代碼，我們成功模擬了運行時常量池溢出的情況，從輸出中的PermGen space可以看出確實是持久帶發生了溢出，這也驗證了，我們前面說的Hotspot jvm通過持久帶來實現方法區的說法。

　　OutOfMemoryError:unable to create native thread

　　最後我們在來看看java.lang.OutOfMemoryError:unable to create natvie thread這種錯誤。 出現這種情況的時候，一般是下面兩種情況導致的：

　　程序創建的線程數超過了作業系統的限制。對於Linux系統，我們可以通過ulimit -u來查看此限制。

　　給虛擬機分配的內存過大，導致創建線程的時候需要的native內存太少。我們都知道作業系統對每個進程的內存是有限制的，我們啟動Jvm，相當於啟動了一個進程，假如我們一個進程佔用了4G的內存，那麼通過下面的公式計算出來的剩餘內存就是建立線程棧的時候可以用的內存。 線程棧總可用內存=4G-（-Xmx的值）- （-XX:MaxPermSize的值）- 程序計數器佔用的內存 通過上面的公式我們可以看出，-Xmx 和 MaxPermSize的值越大，那麼留給線程棧可用的空間就越小，在-Xss參數配置的棧容量不變的情況下，可以創建的線程數也就越小。因此如果是因為這種情況導致的unable to create native thread，那麼要麼我們增大進程所佔用的總內存，或者減少-Xmx或者-Xss來達到創建更多線程的目的。

　　JVM內存區域組成

　　簡單的說java中的堆和棧

　　java把內存分兩種：一種是棧內存，另一種是堆內存

　　1。在函數中定義的基本類型變量和對象的引用變量都在函數的棧內存中分配；

　　2。堆內存用來存放由new創建的對象和數組

　　在函數（代碼塊）中定義一個變量時，java就在棧中為這個變量分配內存空間，當超過變量的作用域後，java會自動釋放掉為該變量所分配的內存空間；在堆中分配的內存由java虛擬機的自動垃圾回收器來管理

　　堆的優勢是可以動態分配內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因為它是在運行時動態分配內存的。缺點就是要在運行時動態分配內存，存取速度較慢；

　　棧的優勢是存取速度比堆要快，缺點是存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的無靈活性。

　　java堆分為三個區：New、Old和Permanent

　　GC有兩個線程：

　　新創建的對象被分配到New區，當該區被填滿時會被GC輔助線程移到Old區，當Old區也填滿了會觸發GC主線程遍歷堆內存裡的所有對象。Old區的大小等於Xmx減去-Xmn

　　java棧存放

　　棧調整：參數有+UseDefaultStackSize -Xss256K，表示每個線程可申請256k的棧空間

　　每個線程都有他自己的Stack

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