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JVM内存区域中,除了程序计数器外,其他几个运行时区域都有可能发生OutOfMemoryError(OOM)异常。本文对OOM异常进行总结,通过代码验证JVM规范中描述的运行时区域存储的内容;了解可能导致这些区域OOM异常的代码,能够在工作中根据异常代码对内存哪一出区域进行定位。
基于Sun的HotSpot虚拟机,在Eclipse中Run/Arguments中可以进行虚拟机启动参数的设置,这些参数对实验结果有直接影响,不能忽略。
Java堆用于存储对象实例,只要不断地创建对象,并且保证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,对象数量达到最大堆容量限制,则发生溢出。
限制Java堆的大小为20MB,最小值和最大值相同(不可扩展)。当虚拟机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分析。
package com.jvm.OutOfMemoryError;import java.util.List;import java.util.ArrayList;/** * Java堆溢出 * VM Args:-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError */public class HeapOOM { public static void main(String[] args) { Listlist = new ArrayList (); while(true) { // list保留引用,避免Full GC 回收 list.add(new OOMObject()); } } static class OOMObject { }}
运行结果:
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceDumping heap to java_pid7768.hprof ...Heap dump file created [27987840 bytes in 0.142 secs]
这种异常比较常见,一般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,确实是内存泄露还是内存溢出。
HotSpot不区分虚拟机栈和本地方法栈,栈容量只能由-Xss参数设定。
StackOverFlow的情况:递归调用方法,定义大量的本地变量,增大此方法帧中本地变量表的长度。
package com.jvm.OutOfMemoryError;/** * 虚拟机栈和本地方法栈溢出 StackOverFlow * VM Args:-Xss128k */public class JavaVMStackSOF { private int stackLength = 1; // 递归调用方法,定义大量的本地变量,增大此方法帧中本地变量表的长度 public void stackLeak() { stackLength++; stackLeak(); } public static void main(String[] args) { JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF(); try { oom.stackLeak(); } catch (Throwable e) { System.out.println("stack length: " + oom.stackLength); throw e; } }}
运行结果:
stack length: 999Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at com.jvm.OutOfMemoryError.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:26) at com.jvm.OutOfMemoryError.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:26) at com.jvm.OutOfMemoryError.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:26) ......
OutOfMemoryError:多线程下的内存溢出,与栈空间是否足够大并不存在任何联系。为每个线程的栈分配的内存越大(参数-Xss),那么可以建立的线程数量就越少,建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽,越容易内存溢出。在这种情况下,如果不能减少线程数目或者更换64位虚拟机时,减少最大堆和减少栈容量能够换区更多的线程。
注意:Windows平台虚拟机中,Java的线程映射到操作系统的内核线程上执行,下面代码执行可能造成系统假死!
package com.jvm.OutOfMemoryError;/** * 虚拟机栈和本地方法栈溢出 * * !!!!!注意!!!!! * 运行该代码可能造成系统假死!!!! * * VM Args:-Xss2M(可以适当大一点) */public class JavaVMStackOOM { private void dontStop() { while(true) { } } // 多线程方式造成栈内存溢出 OutOfMemoryError public void stackLeakByThread() { while(true) { Thread thread = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { dontStop(); } }); thread.start(); } } public static void main(String[] args) { JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM(); oom.stackLeakByThread(); }}
JDK1.7开始逐步“去永久代”,下面的讨论可以测试下实际影响。
String.intern()是一个Native方法,它的作用是:如果运行时常量池中已经包含一个等于此String对象内容的字符串,则返回常量池中该字符串的引用;如果没有,则在常量池中创建与此String内容相同的字符串,并返回常量池中创建的字符串的引用。JDK7的intern()方法的实现有所不同,当常量池中没有该字符串时,不再是在常量池中创建与此String内容相同的字符串,而改为在常量池中记录堆中首次出现的该字符串的引用,并返回该引用。
在JDK1.6之前,常量池分配在永久代,以下代码在JDK1.6下运行才回发生内存溢出,如果在JDK1.7及其之后的版本运行,则是死循环:
package com.jvm.OutOfMemoryError;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * 运行时常量池溢出 * * jdk1.7 及其以后的版本已经“去永久代”,jdk1.6之前的环境下运行才会出现溢出 * -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M (间接指定常量池容量大小) */public class RuntimeConstantPoolOOM { public static void main(String[] args) { Listlist = new ArrayList (); int i = 0; while(true) { // list保留引用,避免Full GC 回收 list.add(String.valueOf(i++).intern()); } }}
运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.String.intern(Native Method) ......
方法区用于存放Class的相关信息,如果运行时产生大量的类去填满方法区,就可能发生方法区的内存溢出。 例如主流框架Spring、Hibernate对大量的类进行增强时,利用CGLib字节码生成动态类;大量JSP或动态JSP(JSP第一次运行时需要编译为Java类)。
下面为CGLib动态生成类导致的方法区溢出:
package com.jvm.OutOfMemoryError;import java.lang.reflect.Method;import com.jvm.OutOfMemoryError.HeapOOM.OOMObject;import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;/** * 方法区溢出 * -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M */public class JavaMethodAreaOOM { public static void main(String[] args) { while(true) { Enhancer enhancer = new Enhancer(); enhancer.setSuperclass(OOMObject.class); enhancer.setUseCache(false); enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { @Override public Object intercept(Object obj, Method m, Object[] objs, MethodProxy proxy) throws Throwable { // TODO Auto-generated method stub return proxy.invokeSuper(obj, objs); } }); enhancer.create(); } }}
运行结果:
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) ......
Java虚拟机可以通过参数-XX:MaxDirectMemorySize设定本机直接内存可用大小,如果不指定,则默认与java堆内存大小相同。JDK中可以通过反射获取Unsafe类(Unsafe的getUnsafe()方法只有启动类加载器Bootstrap才能返回实例)直接操作本机直接内存。通过使用-XX:MaxDirectMemorySize=10M,限制最大可使用的本机直接内存大小为10MB。
import java.lang.reflect.Field;public class DirectMemoryOOM { private static final int _1MB = 1024 * 1024 * 1024; public static void main(String[] args) throws Exception { Field unsafeField = Unsafe . class .getDeclaredFields()[0]; unsafeField.setAccessible( true ); Unsafe unsafe = ( Unsafe ) unsafeField.get( null ); while ( true ) { // unsafe 直接想操作系统申请内存 unsafe.allocateMemory( _1MB ); } }}
运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method) ......
这种异常的明显特征是在Heap Dump文件中看不见明显的异常。如果OOM之后Dump的文件比较小,程序中直接或间接用到了IO/NIO,可以考虑是否是这方面的原因。
参考
1、周志明,深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践,机械工业出版社转载地址:http://puxgi.baihongyu.com/