深入理解java虚拟机——OutOfMemoryError异常

除了程序计数器外都有可能发生OutOfMemoryError异常的可能。

1.java堆溢出

不断创建对象,并保证GC Root到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清楚这些对象,在达到最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

堆大小设置为20MB并在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

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”

解决:根据内存映像分析工具分析是内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow)。

如果是内存泄漏就通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。定位出泄漏代码。

如果不存在泄漏,应当检查虚拟机的堆参数(-Xms与-Xmx),看是否可以调大。

2、虚拟机栈和本地方法栈溢出

HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和和本地方法栈,因此-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,java虚拟机规范中描述了两种异常:

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常。
如果虚拟机在动态扩展栈时无法申请到足够的内存空间,则抛出OutOfMemoryError异常。

这两种情况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,还是已使用的栈空间太大,其本质上只是对同一件事情的两种描述而已。在单线程的操作中,无论是由于栈帧太大,还是虚拟机栈空间太小,当栈空间无法分配时,虚拟机抛出的都是 StackOverflowError 异常,而不会得到 OutOfMemoryError 异常。而在多线程环境下,则会抛出 OutOfMemoryError 异常。

原因其实不难理解,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(操作系统限制)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,可以忽略掉。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。
遇到OOM这时候我们应该怎么做: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。如果没有这方面的经验,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。

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,我们可以通过-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。

通过String.intern()方法试验。

jdk1.6环境通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小,会产生java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space错误。

jdk1.7环境通过-Xms和 -Xmx限制堆大小,会产生 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space错误。

intern方法:当调用该方法时,会在运行时常量池查看有无该字符串,如果有的话,直接返回该引用(这个字符串在运行时常量池中的地址);如果没有的话,在运行时常量池中存放一份数据,并返回该字符串在运行时常量池中的地址。这都是在JDK1.6及之前发生的事情。如果是1.7之后,如果发现在运行时常量池中没有的话,在运行时常量池中存放的是一份这个字符串String的引用(即这个String对象在堆中的地址),并返回该引用的值。

当class文件被加载(load)到JVM时会将常量池中的内容存放在运行时常量池(在perm区中,即永久代)中。上面 这一句只是针对JDK1.6及之前的版本适用。JDK1.7之后对方法区进行了一些优化。1.7之后将运行时常量池移到了堆中()。原因,Perm 区是一个类静态的区域,主要存储一些加载类的信息,常量池,方法片段等内容,默认大小只有4M。一旦超过范围,会直接产生java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space错误。 

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常,一个类要被垃圾器回收掉,判定条件是比较严苛的。在经常动态产生大量Class的应用中(会产生java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space错误),需要特别注意类的回收状况。这类场景除了上面提到的程序使用了CGLib字节码增强和动态语言之外,常见的还有:大量JSP或者动态产生JSP文件的应用、基于OSGi的应用等。

4.本机直接内存溢出

DirectMemory容量可以通过-XX:MaxDirectMemorySize指定,如果不指定,则默认与Java堆最大值(-Xmx指定)一样。代码清单越过了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异常,但它抛出异常时并没有真正向操作系统申请内存分配,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.

/**
 * VM Args: -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 */
public class DirectMemoryOOM {
    private static final int _1MB = 1024*1024;
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while(true) {
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}

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,如果读者发现OOM之后Dump文件很小,而程序中又直接或者间接使用了NIO,那就可以考虑检查一下是不是这方面的原因。

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转载自my.oschina.net/u/1760932/blog/1590084
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