深入理解java虛擬機（二）：java內存溢出實戰

按照java內存的結構，發生內存溢出的地方常在於堆、棧、方法區、直接內存。

1、堆溢出

堆溢出原因莫過於對象太多導致，看代碼。

package baby.oom;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * java 堆溢出
 * VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * @author
 */
public class HeapOOM {

    static class OOMObject {
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();

        while (true) {
            list.add(new OOMObject());
            /*System.out.println("total(k):"+Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024+
                    "  freeMemory(k):"+Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024+
                    "  maxMemory(k):"+Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024+
                    "  availableProcessors:"+Runtime.getRuntime().availableProcessors());*/
        }
    }
}

/**
 * java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid1820.hprof ...
Heap dump file created [24787111 bytes in 0.346 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2760)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2734)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacity(ArrayList.java:167)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:351)
    at baby.oom.HeapOOM.main(HeapOOM.java:19)
 *
 *
*/

 

2、棧溢出

根據JAVA虛擬機規範描述：

如果線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError

如果虛擬機在擴展棧時無法申請到足夠的內存空間，將拋出OutOfMemoryError。

實驗表明：

在單線程下，無論是由於棧幀太大還是虛擬機棧容量太小，當內存無法分配的時候，虛擬機拋出的都是StackOverflowError。

通過不斷的建立新線程的方式可以產生內存溢出溢出。爲每個線程的棧分配的內存越大，反而越容易產生內存溢出異常。

如果是建立過多線程導致的內存溢出，在不能減少線程數量或者更換64位虛擬機的情況下，就只能通過減少最大堆和減少棧容量來換取更多的線程。

假設32位windows系統虛擬機最大設爲2G，虛擬機提供了參數來控制java堆和方法區這兩部分最大值，剩餘的內存爲2G - Xmx- MaxPermSize，如果虛擬機本身進程內存大小不算在內，省下的內存就有虛擬機和本地方法棧瓜分了。每個線程分配到的棧容量越大，可以建立的線程數量自然就越少。

package baby.oom;
/**
 * 棧異常
 * 如果線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError
 * 如果虛擬機在擴展棧時無法申請到足夠的內存空間，將拋出OutOfMemoryError
 * VM Args：-Xss128k
 * @author
 */
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;
        }
    }
}

/**
 *
 * stack length:2403
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at baby.oom.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
    at baby.oom.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)
    at baby.oom.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)

    默認情況下，即不加Xss限制，輸出的length爲8956，加了Xss128k length位2403
 */

 

package baby.oom;
/**
 * VM Args：-Xss2M （這時候不妨設大些）
 * @author
 */
public class JavaVMStackOOM {

    int i=0;
       private void dontStop() {
              while (true) {
              }
       }

       public void stackLeakByThread() {

              while (true) {
                     Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                            @Override
                            public void run() {
                                   dontStop();
                            }
                     });
                     i++;
                     System.out.println("i="+i);
                     thread.start();
              }
       }

       public static void main(String[] args) throws Throwable {
              JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();

              try {
                  oom.stackLeakByThread();
            } catch (Throwable e) {
                System.out.println("thread num:" + oom.i);
                throw e;
            }
       }
}
//i=391
//thread num:391
//Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

 

3、方法區溢出

當運行時常量池過大或者類過多時就會導致方法區溢出。

package baby.oom;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * VM Args：-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 * @author
 */
public class RuntimeConstantPoolOOM {

    public static void main(String[] args) {
        // 使用List保持着常量池引用，避免Full GC回收常量池行爲
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        // 10MB的PermSize在integer範圍內足夠產生OOM了
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

/**
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    at java.lang.String.intern(Native Method)
    at baby.oom.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:18)

*/

 

package baby.oom;

import java.lang.reflect.Method;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

/**
 * VM Args： -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 * @author
 */
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 method, Object[] arg, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    return proxy.invokeSuper(obj, arg);
                }
            });
            enhancer.create();
        }
    }

    static class OOMObject {

    }
}

/*
 * Exception in thread "main" net.sf.cglib.core.CodeGenerationException: java.lang.reflect.InvocationTargetException-->null
    at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:237)
    at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:377)
    at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:285)
    at baby.oom.JavaMethodAreaOOM.main(JavaMethodAreaOOM.java:28)
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:25)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:597)
    at net.sf.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:384)
    at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:219)
    ... 3 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:631)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:615)
    ... 8 more
 */

 

4、直接內存溢出

雖然使用DerictByteBuffer分配內存也會拋出內存溢出異常，但它拋出異常時並沒有真正向操作系統申請分配，而是通過計算得知內存無法分配，於是手動拋出異常，真正申請分配內存的方法是unsafe.allocateMemory()。

package baby.oom;

import java.lang.reflect.Field;

import sun.misc.Unsafe;
/**
 * VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 * @author
 * Eclipse 默認把這些受訪問限制的API設成了ERROR。

解決辦法：將Windows->Preferences->Java-Complicer->Errors/Warnings->Deprecated and restricted API，中的Forbidden references(access rules)設置爲Warning，即可以編譯通過。

 */
public class DirectMemoryOOM {

    private static final int _1MB = 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.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}

/**
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
    at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
    at baby.oom.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:20)
*/