实战:OutOfMemoryError异常(部分虚拟机启动参数)

1.Java堆溢出:

    思路:Java堆用于存储对象实例,只要不断地创造对象,并且保证GC Root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,那么在对象数量达到最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

    操作:将虚拟机参数-Xms参数与-Xmx参数设置为一样即可避免堆自动扩展(-Xms参数堆最小值,-Xmx参数堆最大值),通过参数-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError可以让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照以便事后进行分析。

    运行异常结果   java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

    Java堆内存的OOM异常是实际应用中常见的内存溢出异常情况。当出现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 heap space”。

处理思路:要解决这个区域的异常,一般手段是通过内存映像分析工具对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,也就是要先分清除到底是内存泄漏还是内存溢出。

1>如果是内存泄漏(内存中的对象不是必须存活),可以进一步通过工具查看泄漏对象到GC Root的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Root相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象信息及GC ROOT引用链的信息,就可以比较准确地定位出泄露代码的位置。

2>如果不存在内存泄漏,即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和-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。


2.虚拟机栈和本地方法栈溢出:

   1.由于HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈,因此,对于HotSpot来说,-Xoss参数(设置本地方法栈大小)存在,但实际上是无效的,栈容量只由-Xss参数设定。关于虚拟机和本地方法栈,在Java虚拟机规范中描述了两种异常:

       1>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。

       2>如果虚拟机在扩展时无法申请到足够的内存空间,则抛出OutOfMemoryError异常。

上述两种情况其实本质上是对同一件事情的两种描述。


2.实验:单线程下的两种方式均无法产生OutOfMemoryError异常,尝试的结果都是获得StackOverflowError异常

     1>使用-Xss参数减少栈内容量。结果:抛出StackOverflowError异常,异常出现时输出的堆栈深度相应缩小。

     2>定义了大量的本地变量,增大此方法桢中本地变量表的长度。结果:抛出StackOverflowError异常时输出的堆栈深度相应缩小。

3.处理:出现StackOverflowError异常时有错误堆栈可以阅读,相对来说,比较容易找到问题的所在。而且,如果使用虚拟机默认参数,栈深度在大多数情况下(因为每个方法压入栈的桢大小并不是一样的,所以只能说在大多数情况下)达到1000~2000完全没有问题,对于正常的方法调用(包括递归),这个深度应该完全够用了。



多线程下:通过不断地建立线程的方式可以产生内存溢出异常,但这样产生的内存溢出异常与栈空间是否足够大并不存在任何联系,或者说,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。

原因:操作系统分配给每个进程的内存是有限的,譬如32位的Windows限制为2GB。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的内存为2GB(操作系统限制)减去Xmx(最大堆容量),再减去MaxPermSize(最大方法区容量),程序计数器消耗内存很小,可以忽略掉。如果虚拟机进程本身耗费的内存不计算在内,剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈“瓜分”了。每个线程分配到的栈容量越大,可以建立的线程数就变少了,建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽。

处理:如果是建立多线程导致内存溢出,在不能减少线程或者更换64位虚拟机的情况下,就只能通过减少最大堆和减少栈容量来换取更多线程。


3.方法区和运行时常量池溢出:

(注:String.intern()是一个Native方法,它的作用是:如果字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串,则返回代表池中这个字符串的String对象的引用。)

具体操作:通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小,从而间接限制其中常量池的容量。提示信息是“PermGen space”说明运行时常量属于方法区(HotSpot虚拟机中的永久代)的一部分。

思路:方法区用于存放Class的相关信息,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。对于这些区域的测试,基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区,直到溢出。

注意:在这个例子中模拟的场景并非纯粹是一个实验,这样的应用经常会出现在实际应用中:当前的很多主流框架,如Spring、Hibernate,在对类进行增强时都会使用到CGLib这类字节码技术,增强的类越多,就需要越大的方法区来保证动态生成的Class可以加载入内存。

      方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常,一个类要被垃圾收集器回首掉,判定条件是比较苛刻的。在经常动态生成大量Class的应用中,需要特别注意类的回收状况。这类场景除了上面提到的程序使用了CGLib字节码增强和动态语言之外,常见的还有:大量JSP或动态产生JSP文件的应用(JSP第一次运行时需要编译为Java类)、基于OSGi的应用(即使是同一个类文件,被不同的加载器加载也会视为不同的类)


4.本机直接内存溢出:

DirectMemory容量可通过-XX:MaxDirectMemorySize指定,如果不指定,则默认与Java堆最大值(-Xmx指定)一样,直接通过反射获取Unsafe实例进行内存分配(使用DirectByteBuffer分配内存也会抛出内存溢出异常,但它并没有真正向操作系统申请分配内存,而是通过计算得知内存无法分配,于是手动抛出异常)真正申请分配内存的方法是unsafe.allocateMemory()。

由DirectMemory导致内存溢出,一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常,如果读者发现OOM之后Dump文件很小,而程序中又直接或间接使用了NIO,那就可以考虑检查一下是不是这方面的原因。

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