記憶體溢位的分析

記憶體溢位是指應用系統中存在無法回收的記憶體或使用的記憶體過多，最終使得程式執行要用到的記憶體大於虛擬機器能提供的最大記憶體。為了解決Java中記憶體溢位問題，我們首先必須瞭解Java是如何管理記憶體的。Java的記憶體管理就是物件的分配和釋放問題。在Java中，記憶體的分配是由程式完成的，而記憶體的釋放是由垃圾收集器(GarbageCollection，GC)完成的，程式設計師不需要通過呼叫GC函式來釋放記憶體，因為不同的JVM實現者可能使用不同的演算法管理GC，有的是記憶體使用到達一定程度時，GC才開始工作，也有定時執行的，有的是中斷式執行GC。但GC只能回收無用並且不再被其它物件引用的那些物件所佔用的空間。Java的記憶體垃圾回收機制是從程式的主要執行物件開始檢查引用鏈，當遍歷一遍後發現沒有被引用的孤立物件就作為垃圾回收。 　　引起記憶體溢位的原因有很多種，常見的有以下幾種： 　　 記憶體中載入的資料量過於龐大，如一次從資料庫取出過多資料； 　　 集合類中有對物件的引用，使用完後未清空，使得JVM不能回收； 　　 程式碼中存在死迴圈或迴圈產生過多重複的物件實體； 　　 使用的第三方軟體中的BUG； 　　 啟動引數記憶體值設定的過小；


JVM管理兩種型別的記憶體，堆和非堆。堆是給開發人員用的上面說的就是，是在JVM啟動時建立；非堆是留給JVM自己用的，用來存放類的資訊的。它和堆不同，執行期內GC不會釋放空間。 一、記憶體溢位型別
1、java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
JVM管理兩種型別的記憶體，堆和非堆。堆是給開發人員用的上面說的就是，是在JVM啟動時建立;非堆是留給JVM自己用的，用來存放類的資訊的。它和堆不同，執行期內GC不會釋放空間。如果web app用了大量的第三方jar或者應用有太多的class檔案而恰好MaxPermSize設定較小，超出了也會導致這塊記憶體的佔用過多造成溢位，或者tomcat熱部署時侯不會清理前面載入的環境，只會將context更改為新部署的，非堆存的內容就會越來越多。
PermGen space的全稱是Permanent Generation space,是指記憶體的永久儲存區域，這塊記憶體主要是被JVM存放Class和Meta資訊的,Class在被Loader時就會被放到PermGen space中，它和存放類例項(Instance)的Heap區域不同,GC(Garbage Collection)不會在主程式執行期對PermGen space進行清理，所以如果你的應用中有很CLASS的話,就很可能出現PermGen space錯誤，這種錯誤常見在web伺服器對JSP進行pre compile的時候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar, 其大小超過了jvm預設的大小(4M)那麼就會產生此錯誤資訊了。
一個最佳的配置例子：(經過本人驗證，自從用此配置之後，再未出現過tomcat死掉的情況)
set JAVA_OPTS=-Xms800m -Xmx800m -XX:PermSize=128M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m
2、java.lang.OutOfMemoryError: Javaheap space
第一種情況是個補充，主要存在問題就是出現在這個情況中。其預設空間(即-Xms)是實體記憶體的1/64，最大空間(-Xmx)是實體記憶體的1/4。如果記憶體剩餘不到40%，JVM就會增大堆到Xmx設定的值，記憶體剩餘超過70%，JVM就會減小堆到Xms設定的值。所以伺服器的Xmx和Xms設定一般應該設定相同避免每次GC後都要調整虛擬機器堆的大小。假設實體記憶體無限大，那麼JVM記憶體的最大值跟作業系統有關，一般32位機是1.5g到3g之間，而64位的就不會有限制了。
注意：如果Xms超過了Xmx值，或者堆最大值和非堆最大值的總和超過了實體記憶體或者作業系統的最大限制都會引起伺服器啟動不起來。
垃圾回收GC的角色
JVM呼叫GC的頻度還是很高的，主要兩種情況下進行垃圾回收：
當應用程式執行緒空閒;另一個是java記憶體堆不足時，會不斷呼叫GC，若連續回收都解決不了記憶體堆不足的問題時，就會報out of memory錯誤。因為這個異常根據系統執行環境決定，所以無法預期它何時出現。
根據GC的機制，程式的執行會引起系統執行環境的變化，增加GC的觸發機會。
為了避免這些問題，程式的設計和編寫就應避免垃圾物件的記憶體佔用和GC的開銷。顯示呼叫System.GC()只能建議JVM需要在記憶體中對垃圾物件進行回收，但不是必須馬上回收，
一個是並不能解決記憶體資源耗空的局面，另外也會增加GC的消耗。
二、JVM記憶體區域組成
簡單的說java中的堆和棧
java把記憶體分兩種：一種是棧記憶體，另一種是堆記憶體
1、在函式中定義的基本型別變數和物件的引用變數都在函式的棧記憶體中分配;
2、堆記憶體用來存放由new建立的物件和陣列
在函式(程式碼塊)中定義一個變數時，java就在棧中為這個變數分配記憶體空間，當超過變數的作用域後，java會自動釋放掉為該變數所分配的記憶體空間;在堆中分配的記憶體由java虛擬機器的自動垃圾回收器來管理
堆的優勢是可以動態分配記憶體大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因為它是在執行時動態分配記憶體的。缺點就是要在執行時動態分配記憶體，存取速度較慢;
棧的優勢是存取速度比堆要快，缺點是存在棧中的資料大小與生存期必須是確定的無靈活性。
java堆分為三個區：New、Old和Permanent
GC有兩個執行緒：
新建立的物件被分配到New區，當該區被填滿時會被GC輔助執行緒移到Old區，當Old區也填滿了會觸發GC主執行緒遍歷堆記憶體裡的所有物件。Old區的大小等於Xmx減去-Xmn
java棧存放
棧調整：引數有+UseDefaultStackSize -Xss256K，表示每個執行緒可申請256k的棧空間
每個執行緒都有他自己的Stack
三、JVM如何設定虛擬記憶體
提示：在JVM中如果98%的時間是用於GC且可用的Heap size 不足2%的時候將丟擲此異常資訊。
提示：Heap Size 最大不要超過可用實體記憶體的80%，一般的要將-Xms和-Xmx選項設定為相同，而-Xmn為1/4的-Xmx值。
提示：JVM初始分配的記憶體由-Xms指定，預設是實體記憶體的1/64;JVM最大分配的記憶體由-Xmx指定，預設是實體記憶體的1/4。
預設空餘堆記憶體小於40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制;空餘堆記憶體大於70%時，JVM會減少堆直到-Xms的最小限制。因此伺服器一般設定-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 後調整堆的大小。
提示：假設實體記憶體無限大的話，JVM記憶體的最大值跟作業系統有很大的關係。
簡單的說就32位處理器雖然可控記憶體空間有4GB,但是具體的作業系統會給一個限制，
這個限制一般是2GB-3GB(一般來說Windows系統下為1.5G-2G，Linux系統下為2G-3G)，而64bit以上的處理器就不會有限制了
提示：注意：如果Xms超過了Xmx值，或者堆最大值和非堆最大值的總和超過了實體記憶體或者作業系統的最大限制都會引起伺服器啟動不起來。
提示：設定NewSize、MaxNewSize相等，"new"的大小最好不要大於"old"的一半，原因是old區如果不夠大會頻繁的觸發"主" GC ，大大降低了效能
JVM使用-XX:PermSize設定非堆記憶體初始值，預設是實體記憶體的1/64;
由XX:MaxPermSize設定最大非堆記憶體的大小，預設是實體記憶體的1/4。
解決方法：手動設定Heap size
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat
在“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
JAVA_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m"
四、效能檢查工具使用
定位記憶體洩漏：
JProfiler工具主要用於檢查和跟蹤系統(限於Java開發的)的效能。JProfiler可以通過時時的監控系統的記憶體使用情況，隨時監視垃圾回收，執行緒執行狀況等手段，從而很好的監視JVM執行情況及其效能。
1. 應用伺服器記憶體長期不合理佔用，記憶體經常處於高位佔用，很難回收到低位;
一、常見的Java記憶體溢位有以下三種：

1. java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space ----JVM Heap（堆）溢位

JVM在啟動的時候會自動設定JVM Heap的值，其初始空間(即-Xms)是實體記憶體的1/64，最大空間(-Xmx)不可超過實體記憶體。

可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項可進行設定。Heap的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。

在JVM中如果98％的時間是用於GC，且可用的Heap size 不足2％的時候將丟擲此異常資訊。

解決方法：手動設定JVM Heap（堆）的大小。



2. java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space ---- PermGen space溢位。
PermGen space的全稱是Permanent Generation space，是指記憶體的永久儲存區域。

為什麼會記憶體溢位，這是由於這塊記憶體主要是被JVM存放Class和Meta信 息的，Class在被Load的時候被放入PermGen space區域，它和存放Instance的Heap區域不同,sun的 GC不會在主程式執行期對PermGen space進行清理，所以如果你的APP會載入很多CLASS的話，就很可能出現PermGen space溢位。

解決方法： 手動設定MaxPermSize大小



3. java.lang.StackOverflowError ---- 棧溢位
棧溢位了，JVM依然是採用棧式的虛擬機器，這個和C和Pascal都是一樣的。函式的呼叫過程都體現在堆疊和退棧上了。
呼叫建構函式的 “層”太多了，以致於把棧區溢位了。
通常來講，一般棧區遠遠小於堆區的，因為函式呼叫過程往往不會多於上千層，而即便每個函式呼叫需要 1K的空間(這個大約相當於在一個C函式內宣告瞭256個int型別的變數)，那麼棧區也不過是需要1MB的空間。通常棧的大小是1－2MB的。
通常遞迴也不要遞迴的層次過多，很容易溢位。

解決方法：修改程式。





二、解決方法



在生產環境中tomcat記憶體設定不好很容易出現jvm記憶體溢位。



1、 linux下的tomcat：

修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh
在“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
JAVA_OPTS="-server -Xms256m -Xmx512m -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m"



2、 如果tomcat 5 註冊成了windows服務，以services方式啟動的，則需要修改登錄檔中的相應鍵值。

修改登錄檔HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Apache Software Foundation\Tomcat Service Manager\Tomcat5\Parameters\Java，右側的Options
原值為
-Dcatalina.home="C:\ApacheGroup\Tomcat 5.0"
-Djava.endorsed.dirs="C:\ApacheGroup\Tomcat 5.0\common\endorsed"
-Xrs
加入 -Xms256m -Xmx512m
重起tomcat服務,設定生效



3、 如果tomcat 6 註冊成了windows服務，或者windows2003下用tomcat的安裝版，

在/bin/tomcat6w.exe裡修改就可以了 。



4、 如果要在myeclipse中啟動tomcat，上述的修改就不起作用了，可如下設定：

Myeclipse->preferences->myeclipse->servers->tomcat->tomcat×.×->JDK皮膚中的

Optional Java VM arguments中新增：-Xms256m -Xmx512m -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m



三、jvm引數說明：



-server:一定要作為第一個引數，在多個CPU時效能佳
-Xms：java Heap初始大小。 預設是實體記憶體的1/64。
-Xmx：java heap最大值。建議均設為實體記憶體的一半。不可超過實體記憶體。

-XX:PermSize:設定記憶體的永久儲存區初始大小，預設值為64M。（我用visualvm.exe檢視的）

-XX:MaxPermSize:設定記憶體的永久儲存區最大 大小，預設值為64M。（我用visualvm.exe檢視的）

-XX:SurvivorRatio=2 :生還者池的大小,預設是2，如果垃圾回收變成了瓶頸，您可以嘗試定製生成池設定

-XX:NewSize: 新生成的池的初始大小。 預設值為2M。

-XX:MaxNewSize: 新生成的池的最大大小。 預設值為32M。

如果 JVM 的堆大小大於 1GB，則應該使用值：-XX:newSize=640m -XX:MaxNewSize=640m -XX:SurvivorRatio=16，或者將堆的總大小的 50% 到 60% 分配給新生成的池。調大新物件區，減少Full GC次數。




+XX:AggressiveHeap 會使得 Xms沒有意義。這個引數讓jvm忽略Xmx引數,瘋狂地吃完一個G實體記憶體,再吃盡一個G的swap。
-Xss：每個執行緒的Stack大小，“-Xss 15120” 這使得JBoss每增加一個執行緒（thread)就會立即消耗15M記憶體，而最佳值應該是128K,預設值好像是512k.

-verbose:gc 現實垃圾收集資訊
-Xloggc:gc.log 指定垃圾收集日誌檔案
-Xmn：young generation的heap大小，一般設定為Xmx的3、4分之一
-XX:+UseParNewGC ：縮短minor收集的時間
-XX:+UseConcMarkSweepGC ：縮短major收集的時間 此選項在Heap Size 比較大而且Major收集時間較長的情況下使用更合適。

-XX:userParNewGC 可用來設定並行收集【多CPU】
-XX:ParallelGCThreads 可用來增加並行度【多CPU】
-XX:UseParallelGC 設定後可以使用並行清除收集器【多CPU】