Tomcat內存溢出的三種狀況及解決辦法分析

Tomcat內存溢出的緣由

　　在生產環境中tomcat內存設置很差很容易出現內存溢出。形成內存溢出是不同的，固然處理方式也不同。
　　這裏根據平時遇到的狀況和相關資料進行一個總結。常見的通常會有下面三種狀況：
　　1.OutOfMemoryError： Java heap space
　　2.OutOfMemoryError： PermGen space
　　3.OutOfMemoryError： unable to create new native thread.
　　Tomcat內存溢出解決方案
　　對於前兩種狀況，在應用自己沒有內存泄露的狀況下能夠用設置tomcat jvm參數來解決。（-Xms -Xmx -XX：PermSize -XX：MaxPermSize）
　　最後一種可能須要調整操做系統和tomcat jvm參數同時調整才能達到目的。
　　第一種：是堆溢出。
　　緣由分析：
JVM堆的設置是指java程序運行過程當中JVM能夠調配使用的內存空間的設置.JVM在啓動的時候會自動設置Heap size的值，其初始空間(即-Xms)是物理內存的1/64，最大空間(-Xmx)是物理內存的1/4。能夠利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項可進行設置。Heap size 的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。
在JVM中若是98％的時間是用於GC且可用的Heap size 不足2％的時候將拋出此異常信息。
Heap Size 最大不要超過可用物理內存的80％，通常的要將-Xms和-Xmx選項設置爲相同，而-Xmn爲1/4的-Xmx值。
　　沒有內存泄露的狀況下，調整-Xms -Xmx參數能夠解決。
　　-Xms：初始堆大小
　　-Xmx：最大堆大小
　　但堆的大小受下面三方面影響：
　　1.相關操做系統的數據模型（32-bt仍是64-bit）限制；（32位系統下，通常限制在1.5G~2G；我在2003 server 系統下（物理內存：4G和6G，jdk：1.6）測試 1612M，64位操做系統對內存無限制。）
　　2.系統的可用虛擬內存限制；
　　3.系統的可用物理內存限制。
　　堆的大小可使用 java -Xmx***M version 命令來測試。支持的話會出現jdk的版本號，不支持會報錯。
　　-Xms -Xmx通常配置成同樣比較比如如set JAVA_OPTS= -Xms1024m -Xmx1024m

其初始空間(即-Xms)是物理內存的1/64，最大空間(-Xmx)是物理內存的1/4。能夠利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項可
進行設置
實例，如下給出1G內存環境下java jvm 的參數設置參考：
JAVA_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m  -XX:PermSize=64M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=128m -Djava.awt.headless=true "
JAVA_OPTS="-server -Xms768m -Xmx768m -XX:PermSize=128m -XX:MaxPermSize=256m -XX:
NewSize=192m -XX:MaxNewSize=384m"
CATALINA_OPTS="-server -Xms768m -Xmx768m -XX:PermSize=128m -XX:MaxPermSize=256m
-XX:NewSize=192m -XX:MaxNewSize=384m"

服務器爲1G內存：JAVA_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m -XX:PermSize=64M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=128m -Djava.awt.headless=true "
服務器爲64位、2G內存: JAVA_OPTS='-server -Xms1024m -Xmx1536m -XX:PermSize=128M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m'

-------------------解決方案1：-----------------------------
前提：是執行startup.bat啓動tomcat的方式
Linux服務器：
在/usr/local/apache-tomcat-5.5.23/bin 目錄下的catalina.sh
添加：JAVA_OPTS='-Xms512m -Xmx1024m' 
或者 JAVA_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m   -XX:MaxNewSize=256m"
或者 CATALINA_OPTS="-server -Xms256m -Xmx300m"
Windows服務器：
在catalina.bat最前面加入
set JAVA_OPTS=-Xms128m -Xmx350m
或者set CATALINA_OPTS=-Xmx300M -Xms256M
（區別是一個直接設置jvm內存， 另外一個設置tomcat內存，CATALINA_OPTS彷佛能夠與JAVA_OPTS不加區別的使用）
基本參數說明
-client，-server
這兩個參數用於設置虛擬機使用何種運行模式，必定要做爲第一個參數，client模式啓動比較快，但運行時性能和內存管理效率不如server模式，一般用於客戶端應用程序。相反，server模式啓動比client慢，但可得到更高的運行性能。
在windows上，缺省的虛擬機類型爲client模式，若是要使用server模式，就須要在啓動虛擬機時加-server參數，以得到更高性能，對服務器端應用，推薦採用server模式，尤爲是多個CPU的系統。在Linux，Solaris上缺省採用server模式。
 此外，在多cup下，建議用server模式

-Xms<size>
設置虛擬機可用內存堆的初始大小，缺省單位爲字節，該大小爲1024的整數倍而且要大於1MB，可用k(K)或m(M)爲單位來設置較大的內存數。初始堆大小爲2MB。加「m」說明是MB，不然就是KB了。
例如：-Xms6400K，-Xms256M
-Xmx<size>
設置虛擬機 的最大可用大小，缺省單位爲字節。該值必須爲1024整數倍，而且要大於2MB。可用k(K)或m(M)爲單位來設置較大的內存數。缺省堆最大值爲64MB。
例如：-Xmx81920K，-Xmx80M
當應用程序申請了大內存運行時虛擬機拋出java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space錯誤，就須要使用-Xmx設置較大的可用內存堆。
PermSize/MaxPermSize：定義Perm段的尺寸，即永久保存區域的大小，PermSize爲JVM啓動時初始化Perm的內存大小；MaxPermSize爲最大可佔用的Perm內存大小。在用戶生產環境上通常將這兩個值設爲相同，以減小運行期間系統在內存申請上所花的開銷。

若是用startup.bat啓動tomcat,OK設置生效.夠成功的分配200M內存.
-------------------解決方案2：------------------------
前提：是執行startup.bat啓動tomcat的方式
手動設置Heap size
Windows服務器：
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat，在「echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"」上面加入如下行：
Java代碼
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m  
   
    注：JAVA_OPTS是保留先前設置。
Linux服務器：
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh
在「echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"」上面加入如下行：
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m"

注：$JAVA_OPTS是保留先前設置。
-------------------解決方案3：-----------------------------
前提：是執行windows的系統服務啓動tomcat的方式
可是若是不是執行startup.bat啓動tomcat而是利用windows的系統服務啓動tomcat服務,上面的設置就不生效了,
就是說set JAVA_OPTS=-Xms128m -Xmx350m 沒起做用.上面分配200M內存就OOM了..
windows服務執行的是bin\tomcat.exe.他讀取註冊表中的值,而不是catalina.bat的設置.

解決辦法:
修改註冊表HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Apache Software Foundation\Tomcat Service Manager\Tomcat5\Parameters\JavaOptions
原值爲
-Dcatalina.home="C:\ApacheGroup\Tomcat 5.0"
-Djava.endorsed.dirs="C:\ApacheGroup\Tomcat 5.0\common\endorsed"
-Xrs
加入 -Xms300m -Xmx350m 
重起tomcat服務,設置生效
-------------------解決方案4：-----------------------------
前提：是執行windows的系統服務啓動tomcat的方式
在安裝tomcat時如有勾選"NT Service(NT/2000/XP only)"
則安裝完成後在安裝目錄的"bin"目錄裏會有一個tomcat.exe的檔案
先把tomcat的服務停掉
在命令列模式下（運行裏輸入CMD）
將目錄切換到tomcat的bin目錄
用下面的命令把服務移除
 
tomcat -uninstall "Apache Tomcat 4.1"
 
接下來，寫個批處理。
內容以下
set SERVICENAME=Apache Tomcat 4.1
set CATALINA_HOME=E:\Tomcat 4.1.24
set CLASSPATH=D:\j2sdk1.4.1_01\lib
set JAVACLASSPATH=%CLASSPATH%
set JAVACLASSPATH=%JAVACLASSPATH%;TALINA_HOME%\bin\bootstrap.jar
set JAVACLASSPATH=%JAVACLASSPATH%;TALINA_HOME%\common\lib\servlet.jar
set JAVACLASSPATH=%JAVACLASSPATH%;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar
tomcat.exe -install "%SERVICENAME%" "%JAVA_HOME%\jre\bin\server\jvm.dll" -Djava.class.path="%JAVACLASSPATH%" -Dcatalina.home="TALINA_HOME%" -Xms512m -Xmx768m -start org.apache.catalina.startup.Bootstrap -params start -stop org.apache.catalina.startup.Bootstrap -params stop -out "TALINA_HOME%\logs\stdout.log" -err "TALINA_HOME%\logs\stderr.log"
 
注意，從 tomcat.exe -install開始的是最後一行！不要手工回車換行把這一行分紅了好幾段。保存後在命令行下執行這個bat文件，注意執行的時候將「服務」窗口關閉。

第二種：永久保存區域溢出
　緣由分析：
PermGen space的全稱是Permanent Generation space,是指內存的永久保存區域，這塊內存主要是被JVM存放Class和Meta信息的,Class在被Loader時就會被放到PermGen space中，它和存放類實例(Instance)的Heap區域不一樣,GC(Garbage Collection)不會在主程序運行期對PermGen space進行清理，因此若是你的應用中有很CLASS的話,就極可能出現PermGen space錯誤，這種錯誤常見在web服務器對JSP進行pre compile的時候。若是你的WEB APP下都用了大量的第三方jar, 其大小超過了jvm默認的大小(4M)那麼就會產生此錯誤信息了。但目前的hibernate和spring項目中也很容易出現這樣的問題。多是因爲這些框架會動態class，並且jvm的gc是不會清理PemGen space的，超過了jvm默認的大小(4M)，致使內存溢出。
　　建議：將相同的第三方jar文件移置到tomcat/shared/lib目錄下，這樣能夠達到減小jar 文檔重複佔用內存的目的。
這一個通常是加大-XX：PermSize -XX：MaxPermSize 來解決問題。
　　-XX：PermSize 永久保存區域初始大小
　　-XX：PermSize 永久保存區域初始最大值
　　這通常結合第一條使用，好比 set JAVA_OPTS= -Xms1024m -Xmx1024m -XX：PermSize=128M -XX：PermSize=256M
　　有一點須要注意：java -Xmx***M version 命令來測試的最大堆內存是 -Xmx與 -XX：PermSize的和 好比系統支持最大的jvm堆大小事1.5G，那 -Xmx1024m -XX：PermSize=768M 是沒法運行的。
-----------------解決方案1：-------------------------
Linux服務器：
在catalina.sh的第一行增長：
JAVA_OPTS=
-Xms64m
-Xmx256m
-XX:PermSize=128M
-XX:MaxNewSize=256m
-XX:MaxPermSize=256m
或者
在「echo "Using CATALINA_BASE:   $CATALINA_BASE"」上面加入如下行：
JAVA_OPTS="-server -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m
Windows服務器：
在catalina.bat的第一行增長：
set JAVA_OPTS=-Xms64m -Xmx256m -XX:PermSize=128M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m 
-----------------解決方案2：------------------------
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat（Linux下爲catalina.sh），在Java代碼
「echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"」上面加入如下行：   
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m  

「echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"」上面加入如下行：
set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m

catalina.sh下爲：
Java代碼
JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m" 

JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -XX:PermSize=128M -XX:MaxPermSize=512m"

　　第三種：沒法建立新的線程。
　　這種現象比較少見，也比較奇怪，主要是和jvm與系統內存的比例有關。
　　這種怪事是由於JVM已經被系統分配了大量的內存（好比1.5G），而且它至少要佔用可用內存的一半。有人發現，在線程個數不少的狀況下，你分配給JVM的內存越多，那麼，上述錯誤發生的可能性就越大。
　　緣由分析
（從這個blog中瞭解到緣由：http://hi.baidu.com/hexiong/blog/item/16dc9e518fb10c2542a75b3c.html）：
　　每個32位的進程最多可使用2G的可用內存，由於另外2G被操做系統保留。這裏假設使用1.5G給JVM，那麼還餘下500M可用內存。這500M內存中的一部分必須用於系統dll的加載，那麼真正剩下的也許只有400M，如今關鍵的地方出現了：當你使用Java建立一個線程，在JVM的內存裏也會建立一個Thread對象，可是同時也會在操做系統裏建立一個真正的物理線程（參考JVM規範），操做系統會在餘下的 400兆內存裏建立這個物理線程，而不是在JVM的1500M的內存堆裏建立。在jdk1.4裏頭，默認的棧大小是256KB，可是在jdk1.5裏頭，默認的棧大小爲1M每線程，所以，在餘下400M的可用內存裏邊咱們最多也只能建立400個可用線程。
　　這樣結論就出來了，要想建立更多的線程，你必須減小分配給JVM的最大內存。還有一種作法是讓JVM宿主在你的JNI代碼裏邊。
　　給出一個有關可以建立線程的最大個數的估算公式：
　　（MaxProcessMemory - JVMMemory - ReservedOsMemory） / （ThreadStackSize） = Number of threads
　　對於jdk1.5而言，假設操做系統保留120M內存：
　　1.5GB JVM： （2GB-1.5Gb-120MB）/（1MB） = ~380 threads
　　1.0GB JVM： （2GB-1.0Gb-120MB）/（1MB） = ~880 threads
　　在2000/XP/2003的boot.ini裏頭有一個啓動選項，好像是：/PAE /3G ，可讓用戶進程最大內存擴充至3G，這時操做系統只能佔用最多1G的虛存。那樣應該可讓JVM建立更多的線程。
　　所以這種狀況須要結合操做系統進行相關調整。
　　所以：咱們須要結合不一樣狀況對tomcat內存分配進行不一樣的診斷才能從根本上解決問題。
 
檢測當前JVM內存使用狀況：
System.out.println("JVM MAX MEMORY: " + Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024/1024+"M");
System.out.println("JVM IS USING MEMORY:" + Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024+"M");
System.out.println("JVM IS FREE MEMORY:" + Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024/1024+"M");

這三個方法都是說JVM的內存使用狀況而不是操做系統的內存；
　　maxMemory()這個方法返回的是java虛擬機（這個進程）能構從操做系統那裏挖到的最大的內存，以字節爲單位，若是在運行java程序的時候，沒有添加-Xmx參數，那麼就是64兆，也就是說maxMemory()返回的大約是64*1024*1024字節，這是java虛擬機默認狀況下能從操做系統那裏挖到的最大的內存。若是添加了-Xmx參數，將以這個參數後面的值爲準，例如java -cp ClassPath -Xmx512m ClassName，那麼最大內存就是512*1024*0124字節。
 
　　totalMemory()這個方法返回的是java虛擬機如今已經從操做系統那裏挖過來的內存大小，也就是java虛擬機這個進程當時所佔用的全部內存。若是在運行java的時候沒有添加-Xms參數，那麼，在java程序運行的過程的，內存老是慢慢的從操做系統那裏挖的，基本上是用多少挖多少，直挖到maxMemory()爲止，因此totalMemory()是慢慢增大的。若是用了-Xms參數，程序在啓動的時候就會無條件的從操做系統中挖-Xms後面定義的內存數，而後在這些內存用的差很少的時候，再去挖。
 
　　freeMemory()是什麼呢，剛纔講到若是在運行java的時候沒有添加-Xms參數，那麼，在java程序運行的過程的，內存老是慢慢的從操做系統那裏挖的，基本上是用多少挖多少，可是java虛擬機100％的狀況下是會稍微多挖一點的，這些挖過來而又沒有用上的內存，實際上就是freeMemory()，因此freeMemory()的值通常狀況下都是很小的，可是若是你在運行java程序的時候使用了-Xms，這個時候由於程序在啓動的時候就會無條件的從操做系統中挖-Xms後面定義的內存數，這個時候，挖過來的內存可能大部分沒用上，因此這個時候freeMemory()可能會有些
--------------------解決方案--------------------------
JVM堆大小的調整
　　Sun HotSpot 1.4.1使用分代收集器，它把堆分爲三個主要的域：新域、舊域以及永久域。Jvm生成的全部新對象放在新域中。一旦對象經歷了必定數量的垃圾收集循環後，便得到使用期並進入舊域。在永久域中jvm則存儲class和method對象。就配置而言，永久域是一個獨立域而且不認爲是堆的一部分。
　　下面介紹如何控制這些域的大小。可以使用-Xms和-Xmx 控制整個堆的原始大小或最大值。
　　下面的命令是把初始大小設置爲128M：
　　java –Xms128m
　　–Xmx256m爲控制新域的大小，可以使用-XX:NewRatio設置新域在堆中所佔的比例。
　　下面的命令把整個堆設置成128m，新域比率設置成3，即新域與舊域比例爲1：3，新域爲堆的1/4或32M：
java –Xms128m –Xmx128m
–XX:NewRatio =3可以使用-XX:NewSize和-XX:MaxNewsize設置新域的初始值和最大值。
　　下面的命令把新域的初始值和最大值設置成64m:
java –Xms256m –Xmx256m –Xmn64m
　　永久域默認大小爲4m。運行程序時，jvm會調整永久域的大小以知足須要。每次調整時，jvm會對堆進行一次徹底的垃圾收集。
　　使用-XX:MaxPerSize標誌來增長永久域搭大小。在WebLogic Server應用程序加載較多類時，常常須要增長永久域的最大值。當jvm加載類時，永久域中的對象急劇增長，從而使jvm不斷調整永久域大小。爲了不調整，可以使用-XX:PerSize標誌設置初始值。
　　下面把永久域初始值設置成32m，最大值設置成64m。
java -Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=32m -XX:MaxPermSize=64m
　　默認狀態下，HotSpot在新域中使用複製收集器。該域通常分爲三個部分。第一部分爲Eden，用於生成新的對象。另兩部分稱爲救助空間，當Eden充滿時，收集器中止應用程序，把全部可到達對象複製到當前的from救助空間，一旦當前的from救助空間充滿，收集器則把可到達對象複製到當前的to救助空間。From和to救助空間互換角色。維持活動的對象將在救助空間不斷複製，直到它們得到使用期並轉入舊域。使用-XX:SurvivorRatio可控制新域子空間的大小。
　　同NewRation同樣，SurvivorRation規定某救助域與Eden空間的比值。好比，如下命令把新域設置成64m，Eden佔32m，每一個救助域各佔16m：
java -Xms256m -Xmx256m -Xmn64m -XX:SurvivorRation =2
　　如前所述，默認狀態下HotSpot對新域使用複製收集器，對舊域使用標記－清除－壓縮收集器。在新域中使用複製收集器有不少意義，由於應用程序生成的大部分對象是短壽命的。理想狀態下，全部過渡對象在移出Eden空間時將被收集。若是可以這樣的話，而且移出Eden空間的對象是長壽命的，那麼理論上能夠當即把它們移進舊域，避免在救助空間反覆複製。可是，應用程序不能適合這種理想狀態，由於它們有一小部分中長壽命的對象。最好是保持這些中長壽命的對象並放在新域中，由於複製小部分的對象總比壓縮舊域廉價。爲控制新域中對象的複製，可用-XX:TargetSurvivorRatio控制救助空間的比例（該值是設置救助空間的使用比例。如救助空間位1M，該值50表示可用500K）。該值是一個百分比，默認值是50。當較大的堆棧使用較低的sruvivorratio時，應增長該值到80至90，以更好利用救助空間。用-XX:maxtenuring threshold可控制上限。
　　爲放置全部的複製所有發生以及但願對象從eden擴展到舊域，能夠把MaxTenuring Threshold設置成0。設置完成後，實際上就再也不使用救助空間了，所以應把SurvivorRatio設成最大值以最大化Eden空間，設置以下：
java … -XX:MaxTenuringThreshold=0 –XX:SurvivorRatio＝50000 …
垃圾回收描述：
垃圾回收分多級，0級爲所有(Full)的垃圾回收，會回收OLD段中的垃圾；1級或以上爲部分垃圾回收，只會回收Young中的垃圾，內存溢出一般發生於OLD段或Perm段垃圾回收後，仍然無內存空間容納新的Java對象的狀況。
當一個URL被訪問時，內存申請過程以下：
A. JVM會試圖爲相關Java對象在Eden中初始化一塊內存區域
B. 當Eden空間足夠時，內存申請結束。不然到下一步
C. JVM試圖釋放在Eden中全部不活躍的對象（這屬於1或更高級的垃圾回收）；釋放後若Eden空間仍然不足以放入新對象，則試圖將部分Eden中活躍對象放入Survivor區/OLD區
D. Survivor區被用來做爲Eden及OLD的中間交換區域，當OLD區空間足夠時，Survivor區的對象會被移到Old區，不然會被保留在Survivor區
E. 當OLD區空間不夠時，JVM會在OLD區進行徹底的垃圾收集（0級）
F. 徹底垃圾收集後，若Survivor及OLD區仍然沒法存放從Eden複製過來的部分對象，致使JVM沒法在Eden區爲新對象建立內存區域，則出現」out of memory錯誤」
Java堆相關參數：
ms/mx：定義YOUNG+OLD段的總尺寸，ms爲JVM啓動時YOUNG+OLD的內存大小；mx爲最大可佔用的YOUNG+OLD內存大小。在用戶生產環境上通常將這兩個值設爲相同，以減小運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
NewSize/MaxNewSize：定義YOUNG段的尺寸，NewSize爲JVM啓動時YOUNG的內存大小；MaxNewSize爲最大可佔用的YOUNG內存大小。在用戶生產環境上通常將這兩個值設爲相同，以減小運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
PermSize/MaxPermSize：定義Perm段的尺寸，PermSize爲JVM啓動時Perm的內存大小；MaxPermSize爲最大可佔用的Perm內存大小。在用戶生產環境上通常將這兩個值設爲相同，以減小運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
SurvivorRatio：設置Survivor空間和Eden空間的比例
例：
MEM_ARGS="-Xms512m -Xmx512m -XX:NewSize=256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:PermSize=128m -XX:MaxPermSize=128m -XX:SurvivorRatio=6"
在上面的例子中：
YOUNG+OLD: 512M
YOUNG: 256M
Perm: 128M
Eden: YOUNG*6/(6+1+1)=192M
Survivor: YOUNG/(6+1+1)=32M

原文地址 ：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5736f0910100sm6l.html