JVM 深入筆記（2）各記憶體區溢位場景模擬

• 作者：柳大 · Poechant
• 電郵：zhongchao.ustc#gmail.com (#->@)
• 部落格：blog.csdn.net/poechant
• 日期：Feb. 23^st 2012

《JVM 深入筆記（1）記憶體區域是如何劃分的？》一文已經介紹了 JVM 對記憶體區域的劃分與管理。在現實的程式設計過程中，會遇到一些 OutOfMemoryError (OOM) 的情形。通過模擬，我們可以直接點中這些場景的本質，從而在紛繁複雜的千萬行程式碼中避免這樣去 coding。導致 OOM 的情況有多種，包括 Java 或 Native Method Stack 的記憶體不足或者棧空間溢位、Heap 記憶體溢位、Non-heap 記憶體溢位、Direct Memory 溢位。

參考：《深入理解Java虛擬機器》

1. Java Method Stack 棧溢位實驗

什麼時候會讓 Java Method Stack 棧溢位啊？棧的基本特點就是 FILO（First In Last Out），如果 in 的太多而 out 的太少，就好 overflow 了。而 java Method Stack 的功能就是儲存每一次函式呼叫時的“現場”，即為入棧，函式返回就對應著出棧，所以函式呼叫的深度越大，棧就變得越大，足夠大的時候就會溢位。所以模擬 Java Method Stack 溢位，只要不斷遞迴呼叫某一函式就可以。

程式原始碼-1

// Author:  Poechant
// Blog:    blog.csdn.net/poechant
// Email:   zhognchao.ustc#gmail.com (#->@)
// Args:    -verbose:gc -Xss128K

package com.sinosuperman.main;

public class Test {

    private int stackLength = 0;

    public void stackOverflow() {
        ++stackLength;
        stackOverflow();
}

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        Test test = new Test();

        try {
            test.stackOverflow();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length: " + test.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

執行結果

stack length: 1052
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.sinosuperman.main.Test.stackOverflow(Test.java:8)
    at com.sinosuperman.main.Test.stackOverflow(Test.java:9)
    at com.sinosuperman.main.Test.stackOverflow(Test.java:9)
    at com.sinosuperman.main.Test.stackOverflow(Test.java:9)
    at com.sinosuperman.main.Test.stackOverflow(Test.java:9)
    ...

2. Java Method Stack 記憶體溢位實驗

Heap 記憶體溢位

堆是用來儲存物件的，當然物件不一定都存在堆裡（由於逃逸技術的發展）。那麼堆如果溢位了，一定是不能被殺掉的物件太多了。模擬 Heap 記憶體溢位，只要不斷建立物件並保持有引用存在即可。

程式原始碼-2

// Author:  Poechant
// Blog:    blog.csdn.net/poechant
// Email:   zhongchao.ustc#gmail.com (#->@)
// Args:    -verbose:gc -Xmx50m -Xms50m

package com.sinosuperman.main;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test {

    private static class HeapOomObject {
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<HeapOomObject> list = new ArrayList<HeapOomObject>();
        while (true) {
           list.add(new HeapOomObject());
        }
    }
}

執行結果

[GC 17024K->14184K(49088K), 0.1645899 secs]
[GC 26215K->29421K(49088K), 0.0795283 secs]
[GC 35311K(49088K), 0.0095602 secs]
[Full GC 43400K->37709K(49088K), 0.1636702 secs]
[Full GC 49088K->45160K(49088K), 0.1609499 secs]
[GC 45312K(49088K), 0.0265257 secs]
[Full GC 49088K->49087K(49088K), 0.1656715 secs]
[Full GC 49087K->49087K(49088K), 0.1656147 secs]
[Full GC 49087K->49062K(49088K), 0.1976727 secs]
[GC 49063K(49088K), 0.0287960 secs]
[Full GC 49087K->49087K(49088K), 0.1901410 secs]
[Full GC 49087K->49087K(49088K), 0.1673056 secs]
[Full GC 49087K->316K(49088K), 0.0426515 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.sinosuperman.main.Test.main(Test.java:14)

3. Method Area 記憶體溢位

也就是 Non-heap，是用來儲存 Object Class Data、常量、靜態變數、JIT 編譯後的程式碼等。如果該區域溢位，則說明某種資料建立的實在是太多了。模擬的話，可以不斷建立新的 class，直到溢位為止。

以下程式碼使用到 cglib-2.2.2.jar 和 asm-all-3.0.jar。

程式原始碼-3

package com.sinosuperman.main;

import java.lang.reflect.Method;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

public class Test {
    static class MethodAreaOomObject {
    }
    public static void main(String[] args) {
        while(true){
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(MethodAreaOomObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
                        MethodProxy proxy) throws Throwable {
                    return proxy.invoke(obj, args);
                }
            });
            enhancer.create();
        }
    }
}

執行結果

Exception in thread "main" net.sf.cglib.core.CodeGenerationException:   java.lang.reflect.InvocationTargetException-->null
    at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:237)
    at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:377)
    at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:285)
    at com.sinosuperman.main.Test.main(Test.java:24)
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:25)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:597)
    at net.sf.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:384)
    at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:219)
    ... 3 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:631)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:615)
    ... 8 more

4. Runtime Constant Pool in Method Area 記憶體溢位

在執行時產生大量常量就可以實現讓 Method Area 溢位的目的。執行是常量可以用 String 類的 intern 方法，不斷地產生新的常量。

程式原始碼-4

package com.sinosuperman.main;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

執行結果

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    at java.lang.String.intern(Native Method)
    at com.sinosuperman.main.Test.main(Test.java:12)

結語

在實際編碼中要儘量避免此類錯誤。不過大多數程式設計的結構比這裡的示例要複雜的多，使得問題被隱藏。但 JVM 的記憶體溢位問題本質上大都可歸結為以上這幾種情況。

JVM 深入筆記（1）記憶體區域是如何劃分的？

JVM 深入筆記（2）各記憶體區溢位場景模擬

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