JAVA常見錯誤處理方法 和 JVM內存結構

OutOfMemoryError在開發過程當中是司空見慣的，遇到這個錯誤，新手程序員都知道從兩個方面入手來解決：一是排查程序是否有BUG致使內存泄漏；二是調整JVM啓動參數增大內存。OutOfMemoryError有好幾種狀況，每次遇到這個錯誤時，觀察OutOfMemoryError後面的提示信息，就能夠發現不一樣之處，如：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

雖然都叫OutOfMemoryError，但每種錯誤背後的成因是不同的，解決方法也要視狀況而定，不能一律而論。只有深刻了解JVM的內存結構並仔細分析錯誤信息，纔有可能作到對症下藥，手到病除。

JVM規範

JVM規範對Java運行時的內存劃定了幾塊區域（詳見這裏），有：JVM棧（Java Virtual Machine Stacks）、堆（Heap）、方法區（Method Area）、常量池（Runtime Constant Pool）、本地方法棧（Native Method Stacks），但對各塊區域的內存佈局和地址空間卻沒有明確規定，而留給各JVM廠商發揮的空間。

HotSpot JVM

Sun自家的HotSpot JVM實現對堆內存結構有相對明確的說明。按照HotSpot JVM的實現，堆內存分爲3個代：Young Generation、Old(Tenured) Generation、Permanent Generation。衆所周知，GC（垃圾收集）就是發生在堆內存這三個代上面的。Young用於分配新的Java對象，其又被分爲三個部分：Eden Space和兩塊Survivor Space(稱爲From和To)，Old用於存放在GC過程當中從Young Gen中存活下來的對象，Permanent用於存放JVM加載的class等元數據。詳情參見HotSpot內存管理白皮書。堆的佈局圖示以下：

 

根據這些信息，咱們能夠推導出JVM規範的內存分區和HotSpot實現中內存區域的對應關係：JVM規範的Heap對應到Young和Old Generation，方法區和常量池對應到Permanent Generation。對於Stack內存，HotSpot實現也沒有詳細說明，但HotSpot白皮書上提到，Java線程棧是用宿主操做系統的棧和線程模型來表示的，Java方法和native方法共享相同的棧。所以，能夠認爲在HotSpot中，JVM棧和本地方法棧是一回事。

操做系統

因爲一個JVM進程首先是一個操做系統進程，所以會遵循操做系統進程地址空間的規定。32位系統的地址空間爲4G，即最多表示4GB的虛擬內存。在Linux系統中，高地址的1G空間（即0xC0000000~0xFFFFFFFF）被系統內核佔用，低地址的3G空間（即0×00000000~0xBFFFFFFF）爲用戶程序所使用（顯然JVM進程運行在這3G的地址空間中）。這3G的地址空間從低到高又分爲多個段；Text段用於存放程序二進制代碼；Data段用於存放編譯時已初始化的靜態變量；BSS段用於存放未初始化的靜態變量；Heap即堆，用於動態內存分配的數據結構，C語言的malloc函數申請的內存便是今後處分配的，Java的new實例化的對象也是自此分配。不一樣於前面三個段，Heap空間是可變的，其上界由低地址向高地址增加。內存映射區，加載的動態連接庫位於這個區中；Stack即棧空間，線程的執行便是佔用棧內存，棧空間也是可變的，但它是經過下界從高地址向低地址移動而增加的。詳情參見這裏。圖示以下：

 

JVM自己是由native code所編寫的，因此JVM進程一樣具備Text/Data/BSS/Heap/MemoryMapping/Stack等內存段。而Java語言的Heap應當是創建在操做系統進程的Heap之上的，Java語言的Stack應該也是創建操做系統進程Stack之上的。 綜合HotSpot的內存區域和操做系統進程的地址空間，能夠大體獲得下列圖示：

Java線程的內存是位於JVM或操做系統的棧（Stack）空間中，不一樣於對象——是位於堆（Heap）中。這是不少新手程序員容易誤解的地方。注意，「Java線程的內存」這個用詞不是指Java.lang.Thread對象的內存，java.lang.Thread對象自己是在Heap中分配的，當調用start()方法以後，JVM會建立一個執行單元，最終會建立一個操做系統的native thread來執行，而這個執行單元或native thread是使用Stack內存空間的。

通過上述鋪墊，能夠得知，JVM進程的內存大體分爲Heap空間和Stack空間兩部分。Heap又分爲Young、Old、Permanent三個代。Stack分爲Java方法棧和native方法棧（不作區分），在Stack內存區中，能夠建立多個線程棧，每一個線程棧佔據Stack區中一小部份內存，線程棧是一個LIFO數據結構，每調用一個方法，會在棧頂建立一個Frame，方法返回時，相應的Frame會從棧頂移除（經過移動棧頂指針）。在這每一部份內存中，都有可能會出現溢出錯誤。回到開頭的OutOfMemoryError，下面逐個說明錯誤緣由和解決方法（每一個OutOfMemoryError都有多是程序BUG致使，所以解決方法不包括對BUG的排查）。

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
緣由：Heap內存溢出，意味着Young和Old generation的內存不夠。
解決：調整java啓動參數 -Xms -Xmx 來增長Heap內存。

java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
緣由：Stack空間不足以建立額外的線程，要麼是建立的線程過多，要麼是Stack空間確實小了。
解決：因爲JVM沒有提供參數設置總的stack空間大小，但能夠設置單個線程棧的大小；而系統的用戶空間一共是3G，除了Text/Data/BSS/MemoryMapping幾個段以外，Heap和Stack空間的總量有限，是此消彼長的。所以遇到這個錯誤，能夠經過兩個途徑解決：1.經過-Xss啓動參數減小單個線程棧大小，這樣便能開更多線程（固然不能過小，過小會出現StackOverflowError）；2.經過-Xms -Xmx 兩參數減小Heap大小，將內存讓給Stack（前提是保證Heap空間夠用）。

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
緣由：Permanent Generation空間不足，不能加載額外的類。
解決：調整-XX:PermSize= -XX:MaxPermSize= 兩個參數來增大PermGen內存。通常狀況下，這兩個參數不要手動設置，只要設置-Xmx足夠大便可，JVM會自行選擇合適的PermGen大小。

java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
緣由：這個錯誤比較少見（試着new一個長度1億的數組看看），一樣是因爲Heap空間不足。若是須要new一個如此之大的數組，程序邏輯多半是不合理的。
解決：修改程序邏輯吧。或者也能夠經過-Xmx來增大堆內存。

在GC花費了大量時間，卻僅回收了少許內存時，也會報出OutOfMemoryError，我只遇到過一兩次。當使用-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseConcMarkSweepGC收集器時，在上述狀況下會報錯，在HotSpot GC Turning文檔上有說明：
The parallel(concurrent) collector will throw an OutOfMemoryError if too much time is being spent in garbage collection: if more than 98% of the total time is spent in garbage collection and less than 2% of the heap is recovered, an OutOfMemoryError will be thrown.
對這個問題，一是須要進行GC turning，二是須要優化程序邏輯。

java.lang.StackOverflowError
緣由：這也內存溢出錯誤的一種，即線程棧的溢出，要麼是方法調用層次過多（好比存在無限遞歸調用），要麼是線程棧過小。
解決：優化程序設計，減小方法調用層次；調整-Xss參數增長線程棧大小。

 

本文轉自

http://blog.csdn.net/xiaoyufu007/article/details/6429657