Java堆溢出

Java堆用于存儲對象實(shí)例，只要不斷地創(chuàng)建對象，當(dāng)對象數(shù)量到達(dá)最大堆的容量限制后就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存溢出異常。最常見的內(nèi)存溢出就是存在大的容器，而沒法回收，比如：Map，List等。

內(nèi)存溢出：內(nèi)存空間不足導(dǎo)致，新對象無法分配到足夠的內(nèi)存；

內(nèi)存泄漏：應(yīng)該釋放的對象沒有被釋放，多見于自己使用容器保存元素的情況下。

出現(xiàn)下面信息就可以斷定出現(xiàn)了堆內(nèi)存溢出。

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

保證GC Roots到對象之間有可達(dá)路徑來避免垃圾回收機(jī)制清除這些對象

示例

設(shè)置JVM內(nèi)存參數(shù)：

-verbose:gc -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\dump

/**
 * java 堆內(nèi)存溢出
 * <p>
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\dump
 *
 * @author yuhao.wang3
 * @since 2019/11/30 17:09
 */
public class HeapOutOfMemoryErrorTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 模擬大容器
        List<Object> list = Lists.newArrayList();
        for (long i = 1; i > 0; i++) {
            list.add(new Object());
            if (i % 100_000 == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "::" + i);
            }
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果

[GC (Allocation Failure)  5596K->1589K(19968K), 0.0422027 secs]
main::100000
main::200000
[GC (Allocation Failure)  7221K->5476K(19968K), 0.0144103 secs]
main::300000
[GC (Allocation Failure)  9190K->9195K(19968K), 0.0098252 secs]
main::400000
main::500000
[Full GC (Ergonomics)  17992K->13471K(19968K), 0.3431052 secs]
main::600000
main::700000
main::800000
[Full GC (Ergonomics)  17127K->16788K(19968K), 0.1581969 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  16788K->16758K(19968K), 0.1994445 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to D:\dump\java_pid7432.hprof ...
Heap dump file created [28774262 bytes in 0.221 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
    at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
    at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
    at com.xiaolyuh.HeapOutOfMemoryErrorTest.main(HeapOutOfMemoryErrorTest.java:23)
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:61622', transport: 'socket'

分析工具

JDK自帶的jvisualvm.exe工具可以分析.hprof和.dump文件。

首先需要找出最大的對象，判斷最大對象的存在是否合理，如何合理就需要調(diào)整JVM內(nèi)存大小。如果不合理，那么這個(gè)對象的存在，就是最有可能是引起內(nèi)存溢出的根源。通過GC Roots的引用鏈信息，就可以比較準(zhǔn)確地定位出泄露代碼的位置。

查詢最大對象

1.png

找出具體的對象

2.png

解決方案

優(yōu)化代碼，去除大對象；
調(diào)整JVM內(nèi)存大?。?Xmx與-Xms）；

超出GC開銷限制

當(dāng)出現(xiàn)java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded異常信息時(shí)，表示超出了GC開銷限制。當(dāng)超過98%的時(shí)間用來做GC，但是卻回收了不到2%的堆內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出此異常。

異常棧

[Full GC (Ergonomics)  19225K->19225K(19968K), 0.1044070 secs]
[Full GC (Ergonomics)  19227K->19227K(19968K), 0.0684710 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
Dumping heap to D:\dump\java_pid17556.hprof ...
Heap dump file created [34925385 bytes in 0.132 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
[Full GC (Ergonomics)  19257K->933K(19968K), 0.0403569 secs]
    at com.xiaolyuh.HeapOutOfMemoryErrorTest.main(HeapOutOfMemoryErrorTest.java:25)
ERROR: JDWP Unable to get JNI 1.2 environment, jvm->GetEnv() return code = -2
JDWP exit error AGENT_ERROR_NO_JNI_ENV(183):  [util.c:840]

解決方案

通過-XX:-UseGCOverheadLimit參數(shù)來禁用這個(gè)檢查，但是并不能從根本上來解決內(nèi)存溢出的問題，最后還是會(huì)報(bào)出java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space異常；
調(diào)整JVM內(nèi)存大小（-Xmx與-Xms）；

虛擬機(jī)棧和本地方法棧溢出

如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常。
如果虛擬機(jī)在擴(kuò)展棧時(shí)無法申請到足夠的內(nèi)存空間，則拋出OutOfMemoryError異常。

這里把異常分成兩種情況，看似更加嚴(yán)謹(jǐn)，但卻存在著一些互相重疊的地方：當(dāng)棧空間無法繼續(xù)分配時(shí)，到底是內(nèi)存太小，還是已使用的?？臻g太大，其本質(zhì)上只是對同一件事情的兩種描述而已。

StackOverflowError

出現(xiàn)StackOverflowError異常的主要原因有兩點(diǎn)：

單個(gè)線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的最大深度
創(chuàng)建的線程過多

單個(gè)線程請求的棧深度過大

單個(gè)線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的最大深度，主要表現(xiàn)有以下幾點(diǎn)：

存在遞歸調(diào)用
存在循環(huán)依賴調(diào)用
方法調(diào)用鏈路很深，比如使用裝飾器模式的時(shí)候，對已經(jīng)裝飾后的對象再進(jìn)行裝飾

異常信息java.lang.StackOverflowError。

裝飾器示例：

Collections.unmodifiableList(
        Collections.unmodifiableList(
                Collections.unmodifiableList(
                        Collections.unmodifiableList(
                                Collections.unmodifiableList(
                                                        ...)))))));

遞歸示例：

/**
 * java 虛擬機(jī)棧和本地方法棧內(nèi)存溢出測試
 * <p>
 * VM Args: -Xss128k
 *
 * @author yuhao.wang3
 * @since 2019/11/30 17:09
 */
public class StackOverflowErrorErrorTest {
    private int stackLength = 0;

    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) {
        StackOverflowErrorErrorTest sof = new StackOverflowErrorErrorTest();
        try {
            sof.stackLeak();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(sof.stackLength);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

stackLength::1372
java.lang.StackOverflowError
    at com.xiaolyuh.StackOverflowErrorErrorTest.stackLeak(StackOverflowErrorErrorTest.java:16)
    at com.xiaolyuh.StackOverflowErrorErrorTest.stackLeak(StackOverflowErrorErrorTest.java:16)
    at com.xiaolyuh.StackOverflowErrorErrorTest.stackLeak(StackOverflowErrorErrorTest.java:16)
...

當(dāng)增大?？臻g的時(shí)候我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，遞歸深度會(huì)增加，修改棧空間-Xss1m，然后運(yùn)行程序，運(yùn)行結(jié)果如下：

stackLength::20641
java.lang.StackOverflowError
    at com.xiaolyuh.StackOverflowErrorErrorTest.stackLeak(StackOverflowErrorErrorTest.java:16)
    at com.xiaolyuh.StackOverflowErrorErrorTest.stackLeak(StackOverflowErrorErrorTest.java:16)
...

修改遞歸方法的參數(shù)列表后遞歸深度急劇減少：

public void stackLeak(String ags1, String ags2, String ags3) {
    stackLength++;
    stackLeak(ags1, ags2, ags3);
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

stackLength::13154
java.lang.StackOverflowError
    at com.xiaolyuh.StackOverflowErrorErrorTest.stackLeak(StackOverflowErrorErrorTest.java:16)
    at com.xiaolyuh.StackOverflowErrorErrorTest.stackLeak(StackOverflowErrorErrorTest.java:16)
...

由此可見影響遞歸的深度因素有：

單個(gè)線程的棧空間大?。?Xss）
局部變量表的大小

單個(gè)線程請求的棧深度超過內(nèi)存限制導(dǎo)致的棧內(nèi)存溢出，一般是由于非正確的編碼導(dǎo)致的。從上面的示例我們可以看出，當(dāng)?？臻g在-Xss128k的時(shí)候，調(diào)用層級都在1000以上，一般情況下方法的調(diào)用是達(dá)不到這個(gè)深度的。如果方法調(diào)用的深度確實(shí)有這么大，那么我們可以通過-Xss配置來增大?？臻g大小。

創(chuàng)建的線程過多

不斷地建立線程也可能導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出，因?yàn)槲覀儥C(jī)器的總內(nèi)存是有限制的，所以虛擬機(jī)棧和本地方法棧對應(yīng)的內(nèi)存也是有最大限制的。如果單個(gè)線程的?？臻g越大，那么整個(gè)應(yīng)用允許創(chuàng)建的線程數(shù)就越少。異常信息java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread。

虛擬機(jī)棧和本地方法棧內(nèi)存 ≈ 操作系統(tǒng)內(nèi)存限制 - 最大堆容量(Xmx) - 最大方法區(qū)容量(MaxPermSize)

過多創(chuàng)建線程示例：

/**
 * java 虛擬機(jī)棧和本地方法棧內(nèi)存溢出測試
 * <p>
 * 創(chuàng)建線程過多導(dǎo)致內(nèi)存溢出異常
 * <p>
 * VM Args: -verbose:gc -Xss20M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\dump
 *
 * @author yuhao.wang3
 * @since 2019/11/30 17:09
 */
public class StackOutOfMemoryErrorTest {
    private static int threadCount;

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        try {
            while (true) {
                threadCount++;
                new Thread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            Thread.sleep(1000 * 60 * 10);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }).start();
            }
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
            throw e;
        } finally {
            System.out.println("threadCount=" + threadCount);
        }
    }
}

Java的線程是映射到操作系統(tǒng)的內(nèi)核線程上，因此上述代碼執(zhí)行時(shí)有較大的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)假死。

運(yùn)行結(jié)果：

java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
    at java.lang.Thread.start0(Native Method)
    at java.lang.Thread.start(Thread.java:717)
    at StackOutOfMemoryErrorTest.main(StackOutOfMemoryErrorTest.java:17)
threadCount=4131
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
    at java.lang.Thread.start0(Native Method)
    at java.lang.Thread.start(Thread.java:717)
    at StackOutOfMemoryErrorTest.main(StackOutOfMemoryErrorTest.java:17)

需要重新上述異常，最好是在32位機(jī)器上，因?yàn)槲以?4位機(jī)器沒有重現(xiàn)。

在有限的內(nèi)存空間里面，當(dāng)我們需要?jiǎng)?chuàng)建更多的線程的時(shí)候，我們可以減少單個(gè)線程的?？臻g大小。

元數(shù)據(jù)區(qū)域的內(nèi)存溢出

元數(shù)據(jù)區(qū)域或方法區(qū)是用于存放Class的相關(guān)信息，如類名、訪問修飾符、常量池、字段描述、方法描述等。我們可以通過在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的類去填滿方法區(qū)，直到溢出，如：代理的使用(CGlib)、大量JSP或動(dòng)態(tài)產(chǎn)生JSP文件的應(yīng)用（JSP第一次運(yùn)行時(shí)需要編譯為Java類）、基于OSGi的應(yīng)用（即使是同一個(gè)類文件，被不同的加載器加載也會(huì)視為不同的類）等。

/**
 * java 元數(shù)據(jù)區(qū)域/方法區(qū)的內(nèi)存溢出
 * <p>
 * VM Args JDK 1.6: set JAVA_OPTS=-verbose:gc -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\dump
 * <p>
 * VM Args JDK 1.8: set JAVA_OPTS=-verbose:gc -Xmx20m -XX:MetaspaceSize=5m -XX:MaxMetaspaceSize=5m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\dump
 *
 * @author yuhao.wang3
 * @since 2019/11/30 17:09
 */
public class MethodAreaOutOfMemoryErrorTest {

    static class MethodAreaOOM {
    }

    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOM.class);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                @Override
                public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] params, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                    return proxy.invokeSuper(obj, params);
                }
            });
            enhancer.create();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

[GC (Last ditch collection)  1283K->1283K(16384K), 0.0002585 secs]
[Full GC (Last ditch collection)  1283K->1226K(19968K), 0.0075856 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
Dumping heap to D:\dump\java_pid18364.hprof ...
Heap dump file created [2479477 bytes in 0.015 secs]
[GC (Metadata GC Threshold)  1450K->1354K(19968K), 0.0003906 secs]
[Full GC (Metadata GC Threshold)  1354K->976K(19968K), 0.0073752 secs]
[GC (Last ditch collection)  976K->976K(19968K), 0.0002921 secs]
[Full GC (Last ditch collection)  976K->973K(19968K), 0.0045243 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
    at java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)
    at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:467)
    at java.net.URLClassLoader.access$100(URLClassLoader.java:73)
    at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:368)
    at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:362)
    at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
    at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:361)
    at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
    at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:331)
    at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
    at org.springframework.cglib.core.internal.LoadingCache.createEntry(LoadingCache.java:52)
    at org.springframework.cglib.core.internal.LoadingCache.get(LoadingCache.java:34)
    at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData.get(AbstractClassGenerator.java:116)
    at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:291)
    at org.springframework.cglib.core.KeyFactory$Generator.create(KeyFactory.java:221)
    at org.springframework.cglib.core.KeyFactory.create(KeyFactory.java:174)
    at org.springframework.cglib.core.KeyFactory.create(KeyFactory.java:153)
    at org.springframework.cglib.proxy.Enhancer.<clinit>(Enhancer.java:73)
    at com.xiaolyuh.MethodAreaOutOfMemoryErrorTest.main(MethodAreaOutOfMemoryErrorTest.java:26)

運(yùn)行時(shí)常量池的內(nèi)存溢出

String.intern()是一個(gè)Native方法，它的作用是：如果字符串常量池中已經(jīng)包含一個(gè)等于此String對象的字符串，則返回代表池中這個(gè)字符串的String對象；否則，將此String對象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String對象的引用。

在JDK 1.6的時(shí)候，運(yùn)行時(shí)常量池是在方法區(qū)中，所以直接限制了方法區(qū)中大小就可以模擬出運(yùn)行池常量池的內(nèi)存溢出。

/**
 * java 方法區(qū)和運(yùn)行時(shí)常量池溢出
 * <p>
 * VM Args JDK 1.6: set JAVA_OPTS=-verbose:gc -XX:PermSize10 -XX:MaxPermSize10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\dump
 *
 * @author yuhao.wang3
 * @since 2019/11/30 17:09
 */
public class RuntimeConstantOutOfMemoryErrorTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 使用List保存著常量池的引用，避免Full GC 回收常量池行為
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; ; i++) {
            list.add(String.valueOf(i).intern());
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    at java.lang.String.intern(Native Method)
    at RuntimeConstantOutOfMemoryErrorTest.main(RuntimeConstantOutOfMemoryErrorTest.java:18)

直接內(nèi)存溢出

DirectMemory容量可通過-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，則默認(rèn)與Java堆最大值（-Xmx指定）一樣。

/**
 * java 直接內(nèi)存溢出
 * <p>
 * VM Args JDK 1.6: set JAVA_OPTS=-verbose:gc -Xms20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\dump
 *
 * @author yuhao.wang3
 * @since 2019/11/30 17:09
 */
public class DirectMemoryOutOfMemoryErrorTest {

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
        int _1M = 1024 * 1024;
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(_1M);
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
    at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
    at com.xiaolyuh.DirectMemoryOutOfMemoryErrorTest.main(DirectMemoryOutOfMemoryErrorTest.java:23)

由DirectMemory導(dǎo)致的內(nèi)存溢出，一個(gè)明顯的特征是在Heap Dump文件中不會(huì)看見明顯的異常，如果讀者發(fā)現(xiàn)OOM之后Dump文件很小，而程序中又直接或間接使用了NIO，那就可以考慮檢查一下是不是這方面的原因。

解決方案

通過-XX:MaxDirectMemorySize指定直接內(nèi)存大小。

源碼

https://github.com/wyh-spring-ecosystem-student/spring-boot-student/tree/releases

spring-boot-student-jvm工程

參考

《深入理解JAVA虛擬機(jī)》

JDK下載地址

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深入理解JVM - 內(nèi)存溢出實(shí)戰(zhàn)

深入理解JVM - 內(nèi)存溢出實(shí)戰(zhàn)

Java堆溢出

示例

分析工具

解決方案

超出GC開銷限制

異常棧

解決方案

虛擬機(jī)棧和本地方法棧溢出

StackOverflowError

單個(gè)線程請求的棧深度過大

創(chuàng)建的線程過多

元數(shù)據(jù)區(qū)域的內(nèi)存溢出

運(yùn)行時(shí)常量池的內(nèi)存溢出

直接內(nèi)存溢出

解決方案

源碼

參考

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深入理解JVM - 內(nèi)存溢出實(shí)戰(zhàn)

Java堆溢出

示例

分析工具

解決方案

超出GC開銷限制

異常棧

解決方案

虛擬機(jī)棧和本地方法棧溢出

StackOverflowError

單個(gè)線程請求的棧深度過大

創(chuàng)建的線程過多

元數(shù)據(jù)區(qū)域的內(nèi)存溢出

運(yùn)行時(shí)常量池的內(nèi)存溢出

直接內(nèi)存溢出

解決方案

源碼

參考

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