透过OutOfMemoryError看GC

最新推荐文章于 2021-12-31 11:14:53 发布

原创最新推荐文章于 2021-12-31 11:14:53 发布 · 565 阅读

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#outofmemoryerror #byte #primitive #java #虚拟机 #jni

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本文通过一个具体的Java程序示例，探讨了Java内存管理中对象可达性和垃圾回收机制的细节。通过对字节码的分析，解释了为何在特定条件下加入循环能够避免出现内存溢出错误。

javaspecialists 的173期出了一道很有意思的题目,例子很直白,行为很诡异,原因很简单.这是关于一个OOM的问题,涉及了GC, 对象的可触及, 作用域等等,官方答案可以在174期找到,这个解释其实还是有点抽象,这里我加上点图片解释下。(以下代码摘录于javaspecialists 的173期 )

public class JavaMemoryPuzzlePolite { private final int dataSize = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() * 0.6); public void f() { // 这个Block很重要 { byte[] data = new byte[dataSize]; } // 为什么加了这个循环就万事大吉？ for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println("Please be so kind and release memory"); } byte[] data2 = new byte[dataSize]; } public static void main(String[] args) { JavaMemoryPuzzlePolite jmp = new JavaMemoryPuzzlePolite(); jmp.f(); System.out.println("No OutOfMemoryError"); } }

先看看程序做了什么, 先分配当前可用堆栈的60%,然后再分配60%,抛OOM错误是合情合理的,因为堆内存不够用了.但是为什么程序加上了一个System.out.print的循环调用就能正常运行了? 直观的想法是GC这种情况下起作用了,那他又是如何起作用的呢?

我们先来回顾一下Java 内存模型的一些基本原理：

GC触发的时机：我们知道Java虚拟机会有一个线程在后台等待，帮我们释放不再需要的内存(即所谓托管式运行时)。对于堆中不可触及的对象，GC在适当的时候会被唤醒，整理堆空间，将这些不可触及的对象清空。当JVM无法从堆中分配所需的连续内存时（如果零碎内存总量足够，但是不连续也有可能触发GC，这时GC需要进行碎片整理，从而分配连续的大内存），GC就会被触发，释放内存，如果内存还是不够，OOM即被抛出。
不可触及：所有引用都有一“起点”，从这些起点开始能传递的被强引用的对象都是可触及对象，也就是不能被GC释放的对象（所谓“垃圾对象”就是不再被使用的对象，我们总不会扔掉还能使用的东西吧？）。这些“起点”包括：所有方法栈中的帧上的引用（包括局部变量和操作数栈上的引用）；已加载类的引用（注：已被解析过的才算）；JNI的局部和全局引用，如果通过这都无法找到的对象，就是所谓的不可触及对象。
局部变量：Java方法调用是基于栈的，虚拟机调用方法时，会创建一个方法帧，并为这个帧分配一个元素大小为字长的数组，用于存放局部变量(字长足够存放所有引用，而primitive则直接贮存)，他也是"起点"的一部分。

再回过头来看看我们的例子，没有注释掉for循环时，程序正常运行，这意味着上述代码成功的触发了GC(在第二次分配60%内存时,堆内存不够了), 并且GC成功的释放了第一次分配的内存，即byte [] data被成功释放了。好,问题归结到了为什么没了这个for循环, byte [] data就无法被释放了？

光从Java代码上我们是看不出什么了,透过现象看本质,这时候字节码就发挥功效了.让我们用JDK提供的javap工具看看这两个f()函数有什么不同!

正常运行(有for循环)

解释下这里的字节码

4： newarray_byte // 分配byte [] data

6： astore_1 // 将data引用写到局部变量数组的1位置（0位置放什么？this！）

7： iconst_0 // 常量0压栈，用来初始化局部变量i

8： istore_1 // 将7压栈的常量0写入局部变量数组1位置

(而后面的几行其实可以忽略，即System.out不起任何作用)

通过方法栈中f()方法帧的快照能更容易理解这个过程。

第6行和第8行重复使用了局部变量的1位置，8将6的引用覆盖了，第33行将在堆中分配byte [] data2，堆内存不够，GC被触发并释放了byte [] data (因为这个时候byte [] data已经不可触及了！)，程序正常运行。

运行失败

再看看把for循环注释掉后的字节码，第0~6行同上例一样，分配了byte [] data并放在局部变量1位置，第11行分配byte [] data2，这是个时候堆内存不够，于是GC被触发。但是同时GC又发现byte [] data仍在使用（localvariable[1]依旧指向他），GC无法释放他又无法分配更多的内存，于是OOM被抛出，程序被终止。