一、内存溢出
内存溢出的原因:程序在申请内存时,没有足够的内存空间
1、栈溢出
方法死循环递归调用(StackOverflowError)、不断建立线程(OutOfMemoryError)
由于在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(设置本地方法栈大小)存在,但实际上是无效的,栈容量只由-Xss参数设定,关于虚拟机栈和本地方法栈可以出现以下两种异常:
第一种、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
第二种、如果虚拟机在扩展时无法申请到足够的内存空间,则抛出OutOfMemoryError异常
关于这两种情况存在相互重叠的地方 ,当栈空间无法分配时是线程请求深度过大?还是无法申请足够的内存空间?本质是同一事件两种描述而已。
下面这个例子,将实验范围限制于单线程中的操作,尝试了下面两种方法均无法让需积极产生OutOfMemoryError异常,尝试的结果都是获得StackOverflowError异常
第一种方法:使用-Xss 参数减少栈内存容量,结果:抛出StackOverflowError异常,异常出现时输出的栈的深度相应缩小 。
第二种方法: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异常时输出的堆栈深度相应减小。
1.1、测试方法:
// VM Args: -Xss128k
public class StackOverFlow {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak(){
stackLength++;
stackLeak(); // 死递归
}
public static void main(String[] args)throws Throwable {
StackOverFlow javaStack = new StackOverFlow();
javaStack.stackLeak();
System.out.println("stack length: "+ javaStack.stackLength);
}
}
1.2、运行抛出的异常为:
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at com.chj.chap05.oom.StackOverFlow.stackLeak(StackOverFlow.java:10)
at com.chj.chap05.oom.StackOverFlow.stackLeak(StackOverFlow.java:11)
1.3、虚拟机栈和本地方法栈溢出分析:
实验结果表明:在单个线程下,无论是由于栈帧太大还是虚拟机容量太小,当内存无法分配的时候虚拟机都抛出的是StackOverflowError。
如果测试不限于单线程,通过不断的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栈空间是否够大不存在任何联系,或者说,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。
原因是,操作系统分配给每个线程的内存是有限的,譬如32位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2G(操作系统内存)减去Xmx(堆最大容量),再减去MaxPermSize(最大方法区容量),程序计数器消耗的内存很小,可以忽略。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。每个线程分配到栈容量越大,可以建立的线程数自然越少,建立线程时越容易把剩余的内存耗尽。
这一点需要在开发多线程的应用时特别注意,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,所以只能说在大多数情况下)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者更换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了。如果没有这方面的处理经验,这种通过“减少内存”的手段来解决内存溢出的方式会比较难以想到。
2、堆溢出
Java堆用于存储对象实例,只要不断的创建对象,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来清除这些对象,那么对象数量到达最大堆容量限制后就会产生内存溢出异常。
2.1、先创建测试类:
public static void main(String[] args){
//String[] strings = new String[100000000]; //100m的数组(堆)
List<Object> list = new LinkedList<>(); //在方法执行的过程中,它是GCRoots
int i =0;
while(true){
i++;
if(i%10000==0) System.out.println("i="+i);
list.add(new Object());
}
}
2.2、配置jvm大小
-Xms20m -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails 堆的大小30M
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,可以让虚拟机在出现内存溢出时Dump出当前的内存转储快照以便事后进行分析
2.3、运行抛出的异常为:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 5631K->0K(6144K)] [ParOldGen: 13557K->646K(13824K)] 19189K->646K(19968K), [Metaspace: 3636K->3636K(1056768K)], 0.0033870 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
at java.util.LinkedList.linkLast(LinkedList.java:142)
at java.util.LinkedList.add(LinkedList.java:338)
at com.chj.chap05.oom.HeapOom.main(HeapOom.java:19)
Heap
PSYoungGen total 6144K, used 154K [0x00000000ff980000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 5632K, 2% used [0x00000000ff980000,0x00000000ff9a6a10,0x00000000fff00000)
from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
to space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
ParOldGen total 13824K, used 646K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff980000, 0x00000000ff980000)
object space 13824K, 4% used [0x00000000fec00000,0x00000000feca19c0,0x00000000ff980000)
Metaspace used 3643K, capacity 4540K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 401K, capacity 428K, committed 512K, reserved 1048576K
2.4、分析:
java堆内存的OOM异常时实际应用中常见的内存溢出异常情况。当出现Java堆内存溢出时,异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示“Java heap space”。
要解决这个区域的异常,一般的手段是先通过内存映像工具如(Eclipse MemoryAnalyzer)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,也就是要先分析到底是出现了内存泄露(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow)。
如果是内存泄露,可进一步通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链,于是就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾回收器无法自动回收它们的。掌握了泄露对象的类型信息及GC Roots引用链的信息,就可以比较容易确定发生泄露的代码位置。
如果不存在内存泄露,换句话说,就是内存中的对象确实都还必须存活着,那就应当检查虚拟机堆参数(-Xmx与-Xms),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。
3、直接内存
DirectMemory容量可通过-XX:MaxDirectMemorySize指定,如果不指定,则默认与Java堆最大值(-Xmx指定)一样,下面的代码越过了DirectByteBuffer类,直接通过反射获取Unsafe实例进行内存分配(Unsafe类的getUnsafe()方法限制了只有引导类加载器才会返回示例,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()。
设置jvm虚拟机大小:
VM Args : -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
3.1、编写测试代码:
/**
* VM Args:-XX:MaxDirectMemorySize=100m
* 限制最大直接内存大小100m 直接内存溢出
*/
public class DirectMenoryOOM {
public static void main(String[] args) {
//直接分配128M的直接内存(100M)
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(128*1024*1204);
}
}
3.2 运行结果异常:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:693)
at java.nio.DirectByteBuffer.<init>(DirectByteBuffer.java:123)
at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311)
at com.chj.chap05.oom.DirectMenoryOOM.main(DirectMenoryOOM.java:12)
由DirectMemory导致的内存溢出,一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常,如果发现OOM之后文件很小,而程序中有直接或简介使用了NIO,那就可以考虑一下是不是这方面的原因。
4、方法区和运行时常量池溢出
在经常动态生产大量Class的应用中,CGLIb字节码增强,动态语言,大量JSP(JSP第一次运行需要编译成Java类),基于OSGi的应用(同一个类,被不同的加载器加载也会设为不同的类)。由于运行时常量池是方法去的一部分,因此这两个区域的溢出测试可以放在一起进行。
String.intern()方法是一个native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;否则,将此String对象包含的字符串添加到常量池中,并返回此String对象的引用。
在JDK1.7及之前的版本中,由于常量池分配在永久代中,我们可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小,注意JDK1.8已经使用元空间 来代替永久区,所以在1.8中,这两个参数将被忽略,而改使用-X