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Java堆溢出
常见原因:
虚拟机栈和本地方法栈溢出
实验1:虚拟机栈和本地方法栈测试(作为第1点测试程序)
实验2:(作为第1点测试程序)
运行时常量池和方法区溢出
运行时常量池内存溢出
方法区内存溢出
直接内存溢出
实验1:本地内存的OOM
实验2:直接通过 Unsafe 类申请本地内存
堆内存中主要存放对象、数组等,只要不断地创建这些对象,并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾收集回收机制清除这些对象,当这些对象所占空间超过最大堆容量时,就会产生OutOfMemoryError的异常。
堆内存异常示例如下:
/**
* 设置最大堆最小堆:-Xms20m -Xmx20m
*/
public class HeapOOM {static class OOMObject {}public static void main(String[] args) {List oomObjectList = new ArrayList<>();while (true) {oomObjectList.add(new OOMObject());}}
}
运行后会报异常,在堆栈信息中可以看到
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 的信息,说明在堆内存空间产生内存溢出的异常。
新产生的对象最初分配在新生代,新生代满后会进行一次Minor GC,如果Minor GC后空间不足会把该对象和新生代满足条件的对象放入老年代,老年代空间不足时会进行Full GC,之后如果空间还不足以存放新对象则抛出OutOfMemoryError异常。
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(设置本地方栈大小)虽然存在,但实际上是没有任何效果的,栈容量只能由-Xss参数来设定。
关于虚拟机栈和本地方法栈,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)如果虚拟机的栈内存允许动态扩展,当扩展栈容量无法申请到足够的内存时,将抛出OutOfMemoryError异常。
《Java虚拟机规范》明确允许Java虚拟机实现自行选择是否支持栈的动态扩展,而HotSpot虚拟机的选择是不支持扩展,所以除非再创建线程申请内存时就因无法获得足够内存而出现OutOfMemoryError异常,否则在线程运行时是不会因为扩展而导致内存溢出的,只会因为栈容量无法容纳新的栈帧而导致StackOverflowError异常。
以下用两个实验验证一下:(单线程下操作)
/**
* VM Args: -Xss128k
*/
public class JavaVMStackSOF {private int stackLength = 1;public void stackLeak() {stackLength++;stackLeak();}public static void main(String[] args) throws Throwable {JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();try {oom.stackLeak();} catch (Throwable e) {System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);throw e;}}
}
结果:
public class JavaVMStackSOF {private static int stackLength = 0;public static void test() {long unused1, unused2, unused3, unused4, unused5,unused6, unused7, unused8, unused9, unused10,unused11, unused12, unused13, unused14, unused15,unused16, unused17, unused18, unused19, unused20,unused21, unused22, unused23, unused24, unused25,unused26, unused27, unused28, unused29, unused30,unused31, unused32, unused33, unused34, unused35,unused36, unused37, unused38, unused39, unused40,unused41, unused42, unused43, unused44, unused45,unused46, unused47, unused48, unused49, unused50,unused51, unused52, unused53, unused54, unused55,unused56, unused57, unused58, unused59, unused60,unused61, unused62, unused63, unused64, unused65,unused66, unused67, unused68, unused69, unused70,unused71, unused72, unused73, unused74, unused75,unused76, unused77, unused78, unused79, unused80,unused81, unused82, unused83, unused84, unused85,unused86, unused87, unused88, unused89, unused90,unused91, unused92, unused93, unused94, unused95,unused96, unused97, unused98, unused99, unused100;stackLength ++;test();unused1 = unused2 = unused3 = unused4 = unused5 =unused6 = unused7 = unused8 = unused9 = unused10 =unused11 = unused12 = unused13 = unused14 = unused15 =unused16 = unused17 = unused18 = unused19 = unused20 =unused21 = unused22 = unused23 = unused24 = unused25 =unused26 = unused27 = unused28 = unused29 = unused30 =unused31 = unused32 = unused33 = unused34 = unused35 =unused36 = unused37 = unused38 = unused39 = unused40 =unused41 = unused42 = unused43 = unused44 = unused45 =unused46 = unused47 = unused48 = unused49 = unused50 =unused51 = unused52 = unused53 = unused54 = unused55 =unused56 = unused57 = unused58 = unused59 = unused60 =unused61 = unused62 = unused63 = unused64 = unused65 =unused66 = unused67 = unused68 = unused69 = unused70 =unused71 = unused72 = unused73 = unused74 = unused75 =unused76 = unused77 = unused78 = unused79 = unused80 =unused81 = unused82 = unused83 = unused84 = unused85 =unused86 = unused87 = unused88 = unused89 = unused90 =unused91 = unused92 = unused93 = unused94 = unused95 =unused96 = unused97 = unused98 = unused99 = unused100 = 0;}public static void main(String[] args) {try {test();}catch (Error e){System.out.println("stack length:" + stackLength);throw e;}}
}
结果:
由于运行时常量池是方法区的一部分,所以这两个区域的溢出测试可以放到一起进行。
String::intern()是一个本地方法,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;否则,会将此String对象包含的字符串添加到常量池中,并且返回此String对象的引用。 在JDK 6或更早之前的HotSpot虚拟机中,常量池都是分配在永久代中,我们可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制永久代的大小, 即可间接限制其中常量池的容量。运行时常量池内存溢出
/**
* VM Args: -XX:PermSize=6M -XX:MaxPermSize=6M
*/
public class RuntimeConstantPoolOOM {public static void main(String[] args) {// 使用Set保持着常量池引用, 避免Full GC回收常量池行为Set set = new HashSet();// 在short范围内足以让6MB的PermSize产生OOM了short i = 0;while (true) {set.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)
at org.fenixsoft.oom.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java: 18)
从运行结果中可以看到,运行时常量池溢出时,在OutOfMemoryError异常后面跟随的提示信息 是“PermGen space”说明运行时常量池的确是属于方法区(即JDK 6的HotSpot虚拟机中的永久代) 的 一部分。
而使用JDK 7或更高版本的JDK来运行这段程序并不会得到相同的结果,无论是在JDK7中继续使 用-XX:MaxPermSize参数或者在JDK 8及以上版本使用-XX:MaxMeta-spaceSize参数把方法区容量同 样限制在6MB,也都不会重现JDK 6中的溢出异常,循环将一直进行下去,永不停歇。 出现这种变化,是因为自JDK 7起,原本存放在永久代的字符串常量池被移至Java堆之中,所以在JDK 7及以上版本,限制方法区的容量对该测试用例来说是毫无意义的。
这时候使用-Xmx参数限制最大堆到6MB就能够看到以下两种运行结果之一,具体取决于哪里的对象分配时产生了溢出:
// OOM异常一:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.base/java.lang.Integer.toString(Integer.java:440)
at java.base/java.lang.String.valueOf(String.java:3058)
at RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:12)
// OOM异常二:
//根据Oracle官方文档,默认情况下,如果Java进程花费98%以上的时间执行GC,并且每次只有不到2%的堆被恢复,则JVM抛出此错误
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
at java.lang.Integer.toString(Integer.java:401)
at java.lang.String.valueOf(String.java:3099)
at com.lagou.unit.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:17)
方法区内存溢出
方法区的其他部分的内容,方法区的主要职责是用于存放类型的相关信息,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。
对于这部分区域的测试,基本的思路是运行时产 生大量的类去填满方法区,直到溢出为止。 虽然直接使用Java SE API也可以动态产生类(如反射时的 GeneratedConstructorAccessor和动态代理等)。
HotSpot还是提供了一 些参数作为元空间的防御措施, 主要包括:/*** 本地内存的OOM: OutOfMemoryError: Direct buffer memory*/
public class BufferTest1 {private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 20; //20MBpublic static void main(String[] args) {ArrayList list = new ArrayList<>();int count = 0;try {while(true){ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);list.add(byteBuffer);count++;try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}} finally {System.out.println(count);}}
}
本地内存持续增长,直至程序抛出异常:java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
Unsafe 类在 sun.misc 包下,不属于 Java 标准。
/*** 设置JVM参数 :-Xmx20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m*/
public class MaxDirectMemorySizeTest {private static final long _1MB = 1024 * 1024;public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];unsafeField.setAccessible(true);Unsafe unsafe = (Unsafe)unsafeField.get(null);while(true){unsafe.allocateMemory(_1MB);}}
}
作者:筱白爱学习!!
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