Java8虛擬機（JVM）內存溢出實戰

時間 2020-01-05

原文原文鏈接

前言

相信不少JAVA中高級的同窗在面試的時候會常常碰到一個面試題
你是如何在工做中對JVM調優和排查定位問題的？java

事實上，若是用戶量不大的狀況下，在你的代碼還算正常的狀況下，在工做中除非真正碰到與JVM相關的問題是少之又少，就算碰到了也是由公司的一些大牛去排查解決，那麼咱們又如何積累這方面的經驗呢？下面由衝鍋帶你們一塊兒來實踐JVM的調優吧面試

注意咱們日常所說的JVM調優通常指Java堆，Java虛擬機棧參數調優

Java堆溢出

先來一段代碼示例，注意筆者用的是IDEA工具，須要配置一下VM options 爲-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，若是不清楚的百度一下如何配置idea的JVM運行參數

package com.example.demo.jvm;

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

/**
 * @Author: Wang Chong 
 * @Date: 2019/9/22 9:37
 * @Version: V1.0
 */
public class HeapOutMemoryTest {
    static class ChongGuo {

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

運行結果以下：spring

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid9352.hprof ...
Heap dump file created [28701160 bytes in 0.122 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    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.example.demo.jvm.HeapOutMemoryTest.main(HeapOutMemoryTest.java:18)
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:54599', transport: 'socket'

能夠看到控制檯出現java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space的錯誤，這是爲何呢，首先先解釋一下上面的運行參數segmentfault

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-Xms20m:設置JVM最小內存爲20m。此值能夠設置與-Xmx相同，以免每次垃圾回收完成後JVM從新分配內存
-Xmx20m:設置JVM最大可用內存20M
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 表示當JVM發生OOM時，自動生成DUMP文件多線程

下面咱們分析一下出錯的緣由，用JProfiler分析一下，打開剛纔生成的名爲java_pid9352.hprof的dump文件。能夠看到根據（InstanceXcount和Size）基本能夠肯定哪一個類的對象出現問題,在上面示例中，能夠是ChongGuo這個實例生在數量的大小已經超過12M，但沒有超過20M，那麼新問題又來了？ <font color="#0382AD" >沒到20M爲啥會報堆內存溢出呢？</font>

答案就是JDK8中堆內存中還包括Metaspace,即元內存空間，在元空間出現前JDK1.7以前在JDK7以及其前期的JDK版本號中。堆內存一般被分爲三塊區域Nursery內存(young generation)、長時內存(old generation)、永久內存(Permanent Generation for VM Matedata)，以下圖

當中最上一層是年輕代，一個對象被建立之後首先被放到年輕代中的Eden內存中，假設存活期超兩個Survivor以後就會被轉移到長時內存中(Old Generation)中永久內存中存放着對象的方法、變量等元數據信息。經過假設永久內存不夠。咱們就會獲得例如如下錯誤：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen
而在JDK8中狀況發生了明顯的變化，就是普通狀況下你都不會獲得這個錯誤，緣由
在於JDK8中把存放元數據中的永久內存從堆內存中移到了本地內存(native memory)
中，JDK8中JVM堆內存結構就變成了例如如下：

若是我啓動VM參數加上：-XX:MaxMetaspaceSize=1m，從新運行一下上面的程序，

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:56433', transport: 'socket'
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
Dumping heap to java_pid9232.hprof ...
Heap dump file created [1604635 bytes in 0.024 secs]
FATAL ERROR in native method: processing of -javaagent failed
Exception in thread "main" Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:56433', transport: 'socket'

Process finished with exit code 1

能夠發現報錯信息變成了java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace,說明元空間不夠，我改爲到大概4m左右才能知足啓動條件。

虛擬機棧和本地方法棧棧溢出

在Java虛擬機規範中描述了兩種異常：

若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常
若是虛擬機在擴展棧沒法申請到足夠的內存空間，則拋出OutOfMemoryError異常

StackOverflowError比較好測試，測試代碼以下：

package com.example.demo.jvm;

/**
 * @Author: Wang Chong
 * @Date: 2019/9/22 19:09
 * @Version: V1.0
 */
public class StackOverflowTest {

    /**
     * 棧大小
     */
    private int stackLength = 1;

    /**
     * 遞歸壓棧
     */
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        StackOverflowTest stackOverflowTest = new StackOverflowTest();
        try {
            stackOverflowTest.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length is :" + stackOverflowTest.stackLength);
            throw e;
        }

    }

}

運行結果以下：jvm

Exception in thread "main" stack length is :20739
java.lang.StackOverflowError
    at com.example.demo.jvm.StackOverflowTest.stackLeak(StackOverflowTest.java:20)
    at com.example.demo.jvm.StackOverflowTest.stackLeak(StackOverflowTest.java:20)

在VM參數-Xss參數未設置的狀況下，該線程的內存支持的棧深度爲20739，該測試結果與機器的內存大小有關，不過上面的第二點如何測試呢？正常來講若是是單線程，則難以測試內存泄露的狀況，那麼多線程呢？咱們看一下如下測試代碼：socket

package com.example.demo.jvm;

/**
 * @Author: Wang Chong
 * @Date: 2019/9/22 19:09
 * @Version: V1.0
 */
public class StackOOMTest implements Runnable{

    /**
     * 棧大小
     */
    private int stackLength = 1;

    /**
     * 遞歸壓棧
     */
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
       while (true){
           StackOOMTest stackOverflowTest = new StackOOMTest();
           new Thread(stackOverflowTest).start();
       }

    }

    @Override
    public void run() {
       stackLeak();
    }
}

若是系統不假死的狀況下，會出現<font color="red">Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread</font>ide

運行時常量池溢出

字符型常量池溢出，在JAVA8中也是堆溢出，測試代碼以下：

package com.example.demo.jvm;

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

/**
 * @Author: Wang Chong
 * @Date: 2019/9/22 19:44
 * @Version: V1.0
 */
public class RuntimePoolOOMTest {

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

結果以下：工具

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    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.example.demo.jvm.RuntimePoolOOMTest.main(RuntimePoolOOMTest.java:17)
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:50253', transport: 'socket'

證實字符常量池已經在Java8中是在堆中分配的。測試

方法區溢出

在Java7以前，方法區位於永久代(PermGen)，永久代和堆相互隔離，永久代的大小在啓動JVM時能夠設置一個固定值，不可變；Java8仍然保留方法區的概念，只不過實現方式不一樣。取消永久代，方法存放於元空間(Metaspace)，元空間仍然與堆不相連，但與堆共享物理內存，邏輯上可認爲在堆中
測試代碼以下，爲快速看出結果，請加入VM參數-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:MaxMetaspaceSize=10m：

package com.example.demo.jvm;

import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;

/**
 * @Author: Wang Chong
 * @Date: 2019/9/22 19:56
 * @Version: V1.0
 */
public class MethodAreaOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (o, method, objects, methodProxy) -> methodProxy.invokeSuper(o,
                    objects));
            enhancer.create();
        }
    }

    static class OOMObject {

    }
}

運行結果以下：

java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
Dumping heap to java_pid8816.hprof ...
Heap dump file created [6445908 bytes in 0.039 secs]
Exception in thread "main" org.springframework.cglib.core.CodeGenerationException: java.lang.reflect.InvocationTargetException-->null
    at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:345)
    at org.springframework.cglib.proxy.Enhancer.generate(Enhancer.java:492)
    at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData.get(AbstractClassGenerator.java:114)
    at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:291)
    at org.springframework.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:480)
    at org.springframework.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:305)
    at com.example.demo.jvm.MethodAreaOOMTest.main(MethodAreaOOMTest.java:19)
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
    at org.springframework.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:459)
    at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:336)
    ... 6 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
    ... 11 more

Process finished with exit code 1

元空間內存報錯，證實方法區的溢出與元空間相關。

總結以下：

正常JVM調優都是針對堆內存和棧內存、元空間的參數作相應的改變
元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存。所以，默認狀況下，元空間的大小僅受本地內存限制，但能夠經過如下參數來指定元空間的大小：
-XX:MetaspaceSize，初始空間大小，達到該值就會觸發垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對該值進行調整：若是釋放了大量的空間，就適當下降該值；若是釋放了不多的空間，那麼在不超過MaxMetaspaceSize時，適當提升該值。
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空間，默認是沒有限制的。
字符串池常量池在每一個VM中只有一份，存放的是字符串常量的引用值,存放在堆中

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