Java内存区域与内存溢出异常(二)——实战OutOfMemoryError异常

在Java虚拟机规范的描述中,除程序计数器外,虚拟机内存的其他几个运行时区域都有可能发生OutOfMemoryError(OOM)异常的可能。

Java堆溢出

设置java堆大小为比较小的值(-Xms和-Xmx),不断创建对象,保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象,就会产生内存溢出异常。要解决这个区域的异常,一般通过dump来分析,重点是确认内存中的对象是否是必要的,也就是要先分清楚到底是出现了内存泄露还是内存溢出。
如果是内存泄露,可进一步通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收他们。
如果不存在泄露,就是内存中的对象却是还必须存活着,那就应该检查虚拟机的堆参数,与机器物理内存对比看是否还可以调大,从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况,尝试减少程序运行期的内存消耗。

虚拟机栈和本地方法栈溢出

对于HotSpot来说,栈容量只由-Xss参数设定。如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间,则抛出OutOfMemoryError异常。
设置参数-Xss比较小,通过递归调用可以产生StackOverflowError异常。在单个线程下,无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小,当内存无法分配的时候,虚拟机抛出的都是StackOutOfMemoryError异常。
通过不断地建立线程的方式倒是可以产生内存溢出异常。如果为每个线程的栈分配的内存越大,反而越容易产生内存溢出异常。因为系统分配给每个进程的内存是有限制的,而虚拟机提供了参数来控制java堆和方法区的这两部分内存的最大值,剩余内存为进程最大内存-Xmx(最大堆容量)-MaxPermSize(最大方法区容量),程序计数器消耗内存可以忽略。
一般来说StackOverflowError异常不太会发生(默认的栈深度在大多数情况下够用),即使发生,也可以通过发生时的错误堆栈查找问题所在。

方法区和运行时常量池溢出

JDK 1.6及之前的版本中,常量池分配在永久代(在方法区内)内,我们可以通过设置-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法去大小,从而间接限制其中常量池的容量。再通过String.valueof(i++).intern()方法就可以产生OOM异常。而使用JDK 1.7运行同样代码就不会得到相同结果。因为从1.7开始逐步“去永久代”。
JDK 1.6中intern()方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中,返回的也是永久代中这个字符串实例的引用。而JDK1.7中intern()方法不会再复制实例,只是在常量池中记录首次出现的实例的引用。
// JDK 1.6输出false,而JDK 1.7输出true;
String str1 = new StringBuilder(“abc”).append(“def”).toString();
System.out.println(str1.intern() == str1);
方法区,存放的是Class相关信息,如类名,访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。对于方法区的测试,基本思路是运行时产生大量的类去填满方法区,直到溢出。

本机直接内存溢出

DirectMemory容量可以通过-XX:MaxDirectMemorySize指定,如果不指定,默认与java堆最大值(-Xmx)一样。可以通过反射获取Unsafe实例进行内存分配来抛出OOM异常。由DirectMemory导致的内存溢出,一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常。如果发现OOM之后Dump文件很小,而程序中又直接或者间接使用了NIO,那可以考虑检查一下是不是直接内存溢出。

内存溢出和内存泄露

  • 内存溢出 out of memory,是指程序在申请内存时,没有足够的内存空间供其使用,出现out of memory;比如申请了一个integer,但给它存了long才能存下的数,那就是内存溢出。
  • 内存泄露 memory leak,是指程序在申请内存后,无法释放已申请的内存空间,一次内存泄露危害可以忽略,但内存泄露堆积后果很严重,无论多少内存,迟早会被占光。
  1. memory leak会最终会导致out ofmemory。
  2. Java 堆内存的OutOfMemoryError异常是实际应用中最常见的内存溢出异常情况。出现Java 堆内存溢出时,异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示“Java heapspace”。
  3. 要解决这个区域的异常,一般的手段是首先通过内存映像分析工具(如Eclipse Memory Analyzer)对dump 出来的堆转储快照进行分析,重点是确认内存中的对象是否是必要的,也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow)。
  4. 如果是内存泄漏,可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots 的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Roots 相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息,以及GC Roots 引用链的信息,就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。
  5. 如果不存在泄漏,换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着,那就应当检查虚拟机的堆参数(-Xmx 与-Xms),与机器物理内存对比看是否还可以调大,从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况,尝试减少程序运行期的内存消耗。

(待完善。。。)

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