JVM OutOfMemoryError异常

《深入理解Java虚拟机》

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　　在Java虚拟机中，除了程序计数器外，其他几个运行时区域都有发生OutOfMemoryError（OOM）异常的可能。关于虚拟机启动参数，如果使用控制台命令执行程序，直接跟在Java命令之后书写就行；如果使用Eclipse IDE，可在如下图配置：右键工程–Properties–选择Run/Debug Settings–新建New–Ok
　　

• JVM 堆溢出
  Java 堆用于存储对象的实例，只要不断的创建对象，当对象数量达到最大堆容量限制后就会产生内存溢出异常。
  设置Java堆大小为10M，不可扩展（将堆的最小值-Xms和最大值-Xmx相等即可避免堆自动扩展），通过参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError在出现内存溢出异常时Dump出当前内存堆转储快照以便事后分析。
  代码1 Java 堆内存溢出异常测试

/**
 * VM Args: -verbose:gc -Xms10M -Xmx10M -XX:+PrintGCDetails -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class HeapOOM {
    static class OOMObject{
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
        while(true){
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

运行结果：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid4756.hprof ...
Heap dump file created [13038231 bytes in 0.098 secs]

• Java栈和本地方法栈溢出
  　　在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（设置本地方法栈大小）虽存在但无效，栈容量只有-Xss参数设定。
  对于Java栈和本地方法栈，Java虚拟机规范中描述了两种异常：
  　　- 若线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，抛出StackOverflowError异常
  　　- 若虚拟机在扩展时无法申请足够的内存空间，抛出OutOfMemoryError异常
  　（1）使用-Xss参数减少栈内存的容量，抛出StackOverflowError，异常出现时输出栈深度相应缩小
  　（2）定义大量的本地变量，增大此方法帧中本地变量表的长度，抛出StackOverflowError，异常出现时输出栈深度相应缩小
  　代码2 Java 栈溢出异常测试

/**
 * 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;
        }
    }
}

运行结果：

Stack length:995
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.test.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:9)
    at com.test.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
    ... ...

　　在单个线程下，无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量大小，但内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常。
在多线程下，通过不断的建立线程的方式可以产生内存溢出OutOfMemoryError异常

代码3 Java 栈 多线程内存溢出异常测试

/**
 * VM Args: -Xss2M
 */
public class JavaVMStackSOF {
    public void dontStop(){
        while(true){
        }
    }
    public void stackLeakByThread(){
        while(true){
            Thread thread = new Thread(new Runnable(){
                @Override
                public void run() {
                    dontStop();
                }
            });
            thread.start();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

运行上述代码有较大的风险，可能会导致操作系统的假死
运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread

• 方法区溢出
  　　可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小
  方法区用于存放Class的相关信息，类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等，基本思路是产生大量的类去填满方法区，指到溢出。借助CGLib直接操作字节码生成大量的动态类。
  代码4 借助CGLib使方法区内存溢出

/**
 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 */
public class JavaMethodAreaOOM {
    static class OOMObject{
    }
    public static void main(String[] args){
        ErrHandler handler = new ErrHandler();

        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[] args,
                            MethodProxy proxy) throws Throwable {
                        return proxy.invokeSuper(obj, args);
                    }
                });
                enhancer.create();
        }
    }
}

运行结果：

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
Dumping heap to java_pid2824.hprof ...
Heap dump file created [3934632 bytes in 0.032 secs]
... ...
Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the 
UncaughtExceptionHandlerin thread "main"

• 本机直接内存溢出
  　　DirectMemory容量可通过-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定默认与Java堆最大值（-Xmx）一样，下列代码越过了DirectByteBuffer类，直接通过反射获取Unsafe实例进行内存分配（Unsafe类的getUnsafe()方法限制了只有引导类加载器才会返回实例，也就是只有rt.jar中的类才能使用Unsafe的功能）。
  　　虽然使用DirectByteBuffer分配内存也会抛出异常，但它抛出异常时没有真正向操作系统申请分配内存，而是通过计算得知内存无法分配，于是手动抛出异常，真正申请分配内存的方法是unsafe.allocateMemory().
  代码5 使用 unsafe 分配本机内存

/**
 * sun.misc.Unsafe;
 * VM Args: -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M 
 */
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);
        }
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
    at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
    at com.test.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:17)

由DirectMemory导致的内存溢出，如果发现OOM之后Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了NIO，可以考虑检查是不是这方面的原因。