JVM 堆(heap)溢出案例

一、說明

當虛擬機申請不到內存空間的時候，會報堆內存溢出: OutOfMemoryError:java heap space。

常見的原因：http://outofmemory.cn/c/java-...

我測試到時候，運行在 16G 內存的機器上。JVM 堆內存 默認爲物理內存的1/4，即 16 * 1/4 = 4G

JDK 8的 JVM 在 JDK 7 的基礎上從堆內存中移除了永久代（Perm Generation），替換爲了堆內存之外的元空間（Metaspace），元空間是堆外直接內存，不受堆內存的限制，只受物理內存的限制，可以提供更大的空間。

二、原因及解決辦法

OutOfMemoryError 異常的常見原因：

1. 加載的數據過大。如：加載的文件或者圖片過大、一次從數據庫取出過多數據
2. 代碼存在死循環或循環產生過多的對象

解決方法

1. 增加jvm的內存大小，使用 -Xmx 和 -Xms 來設置
2. 檢查代碼中是否有死循環或遞歸調用。
3. 檢查是否有大循環重複產生新對象實體。
4. 檢查對數據庫查詢中，是否有一次獲得全部數據的查詢。一般來說，如果一次取十萬條記錄到內存，就可能引起內存溢出。這個問題比較隱蔽，在上線前，數據庫中數據較少，不容易出問題，上線後，數據庫中數據多了，一次查詢就有可能引起內存溢出。因此對於數據庫查詢儘量採用分頁的方式查詢。
5. 檢查List、Map等集合對象是否有使用完後，未清除的問題。List、MAP等集合對象會始終存有對對象的引用，使得這些對象不能被GC回收。

三、代碼示例

/**java堆溢出實例
 * 原理：java的堆是用來存放對象實例的，所以我們只要做到以下三點就可以使堆溢出：
 * 1、限制堆的大小，不可擴展
 * 2、不斷新建對象
 * 3、保持對象存活不被回收
 * 對應的，我們需要：
 * 1、改變JVM的啓動參數，將堆的最小值和最大值設成一樣，這樣就可以避免堆自動擴展（其實不一樣也可以）
 * 2、不斷產生對象
 * 3、使用一個List來保存對象，保持對象存活
 *
 * JVM配置參數： -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 *
 */
public class HeapOom {
    public static void main(String[] args) {
        // 此list實例會存放在堆內存中
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        boolean flag = true;
        while (flag) {
            try {
                i++;
                // 每次增加一個1M大小的數組對象
                list.add(new byte[1024 * 1024]);
            } catch (Throwable e) {  // catch 捕獲的是 Throwable，而不是 Exception。因爲 OutOfMemoryError 不屬於 Exception 的子類。
                e.printStackTrace();
                flag = false;
                // 記錄次數
                System.out.println("count=" + i);
            }
        }

        // 不讓進程結束，便於使用分析工具來查看內存情況
        try {
            Thread.sleep(24 * 60 * 60 * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

使用的 java 1.8.0_171 版本：

$ java -version
java version "1.8.0_171"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_171-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.171-b11, mixed mode)

報錯信息：

count=3316
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.song.HeapOom.main(HeapOom.java:21)

運行結果表明，運行到 3316 次時，出現了堆內存溢出。由於每次增加1M內存。粗略估計：程序大約使用3G內存時，出現了內存溢出情況。

通過jmap或VisualVM 者工具可以查看內存情況：最後可以看出，老年代內存使用情況，大約使用了2709MB，使用率近100%。從而導致了 OutOfMemoryError

TIPS：下面查看內存時，由於使用工具查看內存的時間不是同一時間，所以內存使用量有細微差別

1. 使用jmap查看的內存信息

$ jmap -heap 3428
Attaching to process ID 3428, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.66-b18

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 4 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 4261412864 (4064.0MB)
   NewSize                  = 88604672 (84.5MB)
   MaxNewSize               = 1420296192 (1354.5MB)
   OldSize                  = 177733632 (169.5MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 637009920 (607.5MB)
   used     = 637009920 (607.5MB)
   free     = 0 (0.0MB)
   100.0% used
From Space:
   capacity = 11010048 (10.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 11010048 (10.5MB)
   0.0% used
To Space:
   capacity = 11010048 (10.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 11010048 (10.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation  // 老年代內存使用情況，大約使用了2709MB，使用率近100%（導致OutOfMemoryError）
   capacity = 2841116672 (2709.5MB)
   used     = 2840991320 (2709.38045501709MB)
   free     = 125352 (0.11954498291015625MB)
   99.99558793198338% used

4955 interned Strings occupying 422328 bytes.

2. 使用 VisualVM 查看的內存信息