OutOfMemoryError异常

最新推荐文章于 2024-07-16 08:00:00 发布

Dream_Ryoma

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分类专栏： Java

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（1）堆溢出

java堆用于存储对象实例，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，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

如果发生异常，可以在程序运行时搭配-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆快照以便事后进行分析。

解决这个区域的异常，一般的手段是先通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）对Dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中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还是内存溢出。

如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。

如果不存在泄漏，换句话说，就是内存中的对象确实都还必须活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（-Xms和-Xmx），与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。

（2）虚拟机栈和本地方法栈溢出

在HotSpot虚拟机中，并不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此，对于HotSpot来说，虽然-Xoss参数存在，但实际上是无效的，栈容量只由-Xss参数设定。

虚拟机栈和本地方法栈，java虚拟机规范中描述了两种异常：

a.如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。

b.如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

这里把异常分为两种情况，看似更加严谨，但却存在着一些互相重叠的地方：当栈空间无法继续分配时，到底是内存太小（内存很小，栈创建的时候，栈深度就接近内存大小），还是已使用的占空间太大（内存很大，栈在一次一次申请扩容以后，栈深度接近内存大小），其本质上只是对同一件事情的两种描述。

经测验，在单线程情况下，无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常。

如果用多线程测试的话，通过不断地建立线程的方式倒是可以产生内存溢出异常。但是这样产生的内存溢出与占空间是否足够大并不存在任何联系，或者准确地说，在这种情况下，为每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。

其实原因不难理解，操作系统分配给每个进程的内存是有限制的，譬如32位的Windows限制为2GB。虚拟机提供了参数来控制java堆和方法区的这两部分内存的最大值。剩余的内存为2GB减去Xmx（最大堆容量），再减去MaxPermSize（最大方法区容量），程序计数器消耗内存很小，可以忽略不计。如果虚拟机进程本身耗费的内存不计算在内，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈瓜分了。每个线程分配到的栈容量越大，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。

所以在开发多线程应用的时候要特别注意，出现StackOverflowError异常时有错误堆栈可以阅读，相对来说，比较容易找到问题的所在。而且，如果使用虚拟机默认参数，栈深度在大多数情况下（因为每个方法压入栈的帧大小并不是一样的）达到1000~2000完全没有问题，对于正常的方法调用（包括递归），这个深度应该完全够用了。但是，如果是建立过多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数或更换64位虚拟机的情况下，就只能通过减少最大堆和较少栈容量来换取更多的线程。

（3）方法区和运行时常量池溢出

在JDK1.6及之前的版本中，由于常量池分配在永久代内，所以可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小，从而间接限制其中常量池的容量。

方法区用于存放Class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。对于这些区域的测试，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。可以直接使用Java SE API动态产生类，也可以借助CGLib直接操作字节码运行时生成大量的动态类。

值得注意的是，使用GCLib直接操作字节码生成动态类这种方式经常会出现在实际应用中：当前的很多主流框架，如Spring、Hibernate，在对类进行增强时，都会使用到CGLib这类字节码技术，增强的类越多，就需要越大的方法区来保证动态生成的Class可以加载入内存。另外，JVM上的动态语言（例如Groovy等）通常都会持续创建类来实现语言的动态性，随着这类语言的流行，也容易遇到相似的溢出场景。

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常，一个类要被垃圾收集器回收掉，判定条件是比较苛刻的。在经常动态生成大量Class的应用中，需要特别注意类的回收状况。这类场景常见的还有：大量JSP或动态产生JSP文件的应用、基于OSGi的应用等。

（4）本机直接内存溢出

直接内存容量可通过-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与java堆最大值一样。如下代码模拟本机直接内存溢出：

package OutOfMemoryErrorTest;

import java.lang.reflect.Field;
/**
 * vm args:-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 */
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 = unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }

}

直接通过反射获取Unsafe实例进行内存分配（Unsafe类的getUnsafe()方法限制了只有引导类加载器才会返回实例，也就是设计者希望只有rt.jar中的类才能使用Unsafe的功能）。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，于是手动抛出异常，真正申请分配内存的方法是unsafe.allocateMemory()。

参考文档：《深入理解java虚拟机》周志明著