JVM系列（二）：深刻講解JVM內存溢出分析！

JVM 內存溢出

一、堆內存溢出

堆內存中主要存放對象、數組等，只要不斷地建立這些對象，而且保證 GC Roots 到對象之間有可達路徑來避免垃圾收集回收機制清除這些對象，當這些對象所佔空間超過最大堆容量時，就會產生 OutOfMemoryError 的異常。堆內存異常示例以下：

/**

設置最大堆最小堆：-Xms20m -Xmx20m

運行時，不斷在堆中建立OOMObject類的實例對象，且while執行結束以前，GC Roots(代碼中的oomObjectList)到對象(每個OOMObject對象)之間有可達路徑，垃圾收集器就沒法回收它們，最終致使內存溢出。

*/

public class HeapOOM {

static class OOMObject {

}

public static void main(String[] args) {

    List<OOMObject> oomObjectList = new ArrayList<>();

    while (true) {

        oomObjectList.add(new OOMObject());

    }

}
}
複製代碼

運行後會報異常，在堆棧信息中能夠看到：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 的信息，說明在堆內存空間產生內存溢出的異常。

新產生的對象最初分配在新生代，新生代滿後會進行一次 Minor GC，若是 Minor GC 後空間不足會把該對象和新生代知足條件的對象放入老年代，老年代空間不足時會進行 Full GC，以後若是空間還不足以存放新對象則拋出 OutOfMemoryError 異常。

常見緣由：內存中加載的數據過多如一次從數據庫中取出過多數據；集合對對象引用過多且使用完後沒有清空；代碼中存在死循環或循環產生過多重複對象；堆內存分配不合理；網絡鏈接問題、數據庫問題等。

二、虛擬機棧/本地方法棧溢出

（1）StackOverflowError：當線程請求的棧的深度大於虛擬機所容許的最大深度，則拋出StackOverflowError，簡單理解就是虛擬機棧中的棧幀數量過多（一個線程嵌套調用的方法數量過多）時，就會拋出StackOverflowError異常。

最多見的場景就是方法無限遞歸調用，以下：

/**

設置每一個線程的棧大小：-Xss256k

運行時，不斷調用doSomething()方法，main線程不斷建立棧幀併入棧，致使棧的深度愈來愈大，最終致使棧溢出。

*/

public class StackSOF {

private int stackLength=1;

public void doSomething(){

        stackLength++;

        doSomething();

}

public static void main(String[] args) {

    StackSOF stackSOF=new StackSOF();

    try {

        stackSOF.doSomething();

    }catch (Throwable e){//注意捕獲的是Throwable

        System.out.println("棧深度："+stackSOF.stackLength);

        throw e;

    }

}
}
複製代碼

上述代碼執行後拋出：

Exception in thread "Thread-0" java.lang.StackOverflowError 的異常。

（2）OutOfMemoryError：若是虛擬機在擴展棧時沒法申請到足夠的內存空間，則拋出 OutOfMemoryError。

咱們能夠這樣理解，虛擬機中能夠供棧佔用的空間≈可用物理內存 - 最大堆內存 - 最大方法區內存，好比一臺機器內存爲 4G，系統和其餘應用佔用 2G，虛擬機可用的物理內存爲 2G，最大堆內存爲 1G，最大方法區內存爲 512M，那可供棧佔有的內存大約就是 512M，假如咱們設置每一個線程棧的大小爲 1M，那虛擬機中最多能夠建立 512個線程，超過 512個線程再建立就沒有空間能夠給棧了，就報 OutOfMemoryError 異常了。

棧上可以產生 OutOfMemoryError 的示例以下：

/**

設置每一個線程的棧大小：-Xss2m

運行時，不斷建立新的線程（且每一個線程持續執行），每一個線程對一個一個棧，最終沒有多餘的空間來爲新的線程分配，致使OutOfMemoryError

*/

public class StackOOM {

private static int threadNum = 0;

public void doSomething() {

    try {

        Thread.sleep(100000000);

    } catch (InterruptedException e) {

        e.printStackTrace();

    }

}

public static void main(String[] args) {

    final StackOOM stackOOM = new StackOOM();

    try {

        while (true) {

            threadNum++;

            Thread thread = new Thread(new Runnable() {

                @Override

                public void run() {

                    stackOOM.doSomething();

                }

            });

            thread.start();

        }

    } catch (Throwable e) {

        System.out.println("目前活動線程數量：" + threadNum);

        throw e;

    }

}
}
複製代碼

上述代碼運行後會報異常

在堆棧信息中能夠看到java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread的信息，沒法建立新的線程，說明是在擴展棧的時候產生的內存溢出異常。

總結：在線程較少的時候，某個線程請求深度過大，會報 StackOverflow 異常，解決這種問題能夠適當加大棧的深度（增長棧空間大小），也就是把 -Xss 的值設置大一些，但通常狀況下是代碼問題的可能性較大；在虛擬機產生線程時，沒法爲該線程申請棧空間了。

會報 OutOfMemoryError 異常，解決這種問題能夠適當減少棧的深度，也就是把 -Xss 的值設置小一些，每一個線程佔用的空間小了，總空間必定就能容納更多的線程，可是操做系統對一個進程的線程數有限制，經驗值在 3000~5000 左右。

在 jdk1.5 以前 -Xss 默認是 256k，jdk1.5 以後默認是 1M，這個選項對系統硬性仍是蠻大的，設置時要根據實際狀況，謹慎操做。

三、方法區溢出

前面說到，方法區主要用於存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量，以及編譯器編譯後的代碼等數據，因此方法區溢出的緣由就是沒有足夠的內存來存放這些數據。

因爲在 jdk1.6 以前字符串常量池是存在於方法區中的，因此基於 jdk1.6 以前的虛擬機，能夠經過不斷產生不一致的字符串（同時要保證和 GC Roots 之間保證有可達路徑）來模擬方法區的 OutOfMemoryError 異常；但方法區還存儲加載的類信息，因此基於 jdk1.7 的虛擬機，能夠經過動態不斷建立大量的類來模擬方法區溢出。

/**

設置方法區最大、最小空間：-XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m

運行時，經過cglib不斷建立JavaMethodAreaOOM的子類，方法區中類信息愈來愈多，最終沒有能夠爲新的類分配的內存致使內存溢出

*/

public class JavaMethodAreaOOM {

public static void main(final String[] args){

   try {

       while (true){

           Enhancer enhancer=new Enhancer();

           enhancer.setSuperclass(JavaMethodAreaOOM.class);

           enhancer.setUseCache(false);

           enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {

               @Override

               public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {

                   return methodProxy.invokeSuper(o,objects);

               }

           });

           enhancer.create();

       }

   }catch (Throwable t){

       t.printStackTrace();

   }

}
}
複製代碼

上述代碼運行後會報：

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 的異常，說明是在方法區出現了內存溢出的錯誤。

四、本機直接內存溢出

本機直接內存（DirectMemory）並非虛擬機運行時數據區的一部分，也不是 Java 虛擬機規範中定義的內存區域，但 Java 中用到 NIO 相關操做時（好比 ByteBuffer 的 allocteDirect 方法申請的是本機直接內存），也可能會出現內存溢出的異常。

總結

JVM內存區域劃分，便於它可以更加高效的管理自身的內存。當程序中出現這種因爲JVM形成的內存溢出的狀況的時候，須要根據不一樣的狀況作不一樣的分析與處理。

END

歡迎長按下圖公衆號：以Java架構贏天下

公衆號後臺回覆【Java】，獲取精選Java架構學習資料（視頻+文件+項目實戰）