深入理解Java虛擬機器之實戰OutOfMemoryError

JAVA線上發表於2019-02-21
Java虛擬機Error

Java虛擬機器中哪些區域會發生OOM

堆、虛擬機器棧、本地方法棧、方法區、直接記憶體

堆OOM

測試程式：

/**
 * VM Args: -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * User:wangs
 * Date:2018/8/23
 */
public class HeapOOM {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(new Object());
        }
    }
}
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執行結果：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid18148.hprof ...
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Heap dump file created [13355339 bytes in 0.137 secs]
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
    at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
    at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
    at com.thinkinjava.jvm.HeapOOM.main(HeapOOM.java:18)
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用MAT工具開啟堆快照檔案：

深入理解Java虛擬機器之實戰OutOfMemoryError

“Shallow Heap”：類本身後設資料的大小。“Retained Heap”：該類以及它引用的其他類所佔用空間的總和

深入理解Java虛擬機器之實戰OutOfMemoryError

深入理解Java虛擬機器之實戰OutOfMemoryError
大概的分析步驟就是這樣，關於MAT的使用，可以去多瞭解下。

棧OOM

  • 執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的最大深度，將丟擲StackOverflowError。
  • 如果虛擬機器在擴充套件棧時無法申請到足夠的記憶體，則丟擲OOM。
    測試程式：
/**
 * VM Args：-Xss128k
 * User:wangs
 * Date:2018/8/27
 */
public class StackOOM {

    private int stackLength = 1;

    public static void main(String[] args) {
        StackOOM stackOOM = new StackOOM();
        try {
            stackOOM.test();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length:" + stackOOM.stackLength);
            throw e;
        }
    }
    private void test() {
        stackLength++;
        test();
    }
}
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執行結果：

stack length:994
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:25)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
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上篇文章深入理解Java虛擬機器之棧幀,介紹了棧幀，我們來回顧一下：棧幀是儲存在虛擬機器棧中的，棧幀是用來儲存資料和儲存部分過程結果的資料結構，同時也被用來處理動態連結（Dynamic Linking）、方法返回值和異常分派（Dispatch Exception）。棧幀越大，棧深度越小。方法引數過多或者區域性變數過多都會使棧深度變小，如果超過-xss設定的棧記憶體容量，就會導致棧溢位。

方法區OOM

測試程式：

/*
 * VM Args: -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
 */
public class RuntimeConstantPoolOOM {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}
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在JDK1.6及之前版本中，由於常量池分配在永久代中(即方法區)，我們可以通過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法區大小，從而間接限制其中常量池的容量。執行時常量池溢位：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space。

JDK1.7常量池不在儲存物件，而是儲存物件的引用。修改虛擬機器引數-Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,執行結果如下：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
    at java.lang.Integer.toString(Integer.java:401)
    at java.lang.String.valueOf(String.java:3099)
    at com.thinkinjava.jvm.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:14)
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異常的意思是程式花在垃圾回收上的時間太多，卻沒有什麼效果。預設的話，如果98%的時間都花在GC上並且回收了才不到2%的空間的話，虛擬機器就會拋這個異常。
JDK1.8移除了永久代，類的後設資料資訊儲存在元空間。元空間並不在虛擬機器中，而是使用本地記憶體。因此，預設情況下，元空間的大小僅受本地記憶體限制，但可以通過-XX:MetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize引數來指定元空間的大小。
測試程式：

/**
 * VM Args：-XX:MaxMetaspaceSize=10m
 * User:wangs
 * Date:2018/8/27
 */
public class MetaspaceOOM {
    static ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int i = 1;
        while (true){
            classPool.makeClass("com.thinkinjava.jvm" + i++).toClass();
        }
    }
}
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執行結果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1170)
    at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1113)
    at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1071)
    at javassist.CtClass.toClass(CtClass.java:1264)
    at com.thinkinjava.jvm.Metaspace.main(Metaspace.java:16)
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直接記憶體OOM

測試程式：

/**
 * VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 * User:wangs
 * Date:2018/8/27
 */
public class DirectMemoryOOM {

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}
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執行結果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
    at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
    at com.thinkinjava.jvm.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:21)複製程式碼

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