Java内存溢出的几种情况

朱雀 2022-05-22 03:57 249阅读 0赞

##  ##

**目录**

*  [1. Java堆溢出][1._Java]
    
     *  [1.1 模拟场景][1.1]
     *  [1.2 用内存影响分析工具分析堆快照][1.2]
 *    
    
 *  [2.虚拟机栈和本地方法栈溢出][2.]
    
     *  [2.1 StackOverflowError异常][2.1 StackOverflowError]
     *  [2.2 OutOfMemoryError异常][2.2_OutOfMemoryError]
 *  [3.方法区和运行时常量池溢出][3.]
    
     *  [3.1 运行时常量区溢出][3.1]
     *  [3.2 String创建对象和对应内存状态][3.2 String]
     *  [3.3 运行时方法区溢出][3.3]
 *  [4.本机直接内存溢出][4.]
 *  [5. JVM相关wiki和工具][5. JVM_wiki]

**正文**

本文通过几段代码模拟实际的内存溢出异常。

文中代码都是基于Oracle公司的HotSpot虚拟机运行的。

## 1. Java堆溢出 ##

### 1.1 模拟场景 ###

Java堆用于存储对象，只要不断的创建对象，并保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，

那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

![复制代码][copycode.gif]

package com.lindaxuan.outofmemory;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
     * 将堆的最小值-Xms参数与最大值-Xmx参数设置为一样即可避免堆自动扩展。
     * @author linxuan
     */
    public class HeapOOM {
    
        static class OOMObject {
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
    
            while (true) {
                list.add(new OOMObject());
            }
        }
    }
    /*
    result:
    java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    Dumping heap to java_pid9220.hprof ...
    Heap dump file created [27717826 bytes in 0.160 secs]
    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
       at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2245)
       at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2219)
       at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:242)
       at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:216)
       at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:208)
       at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:440)
       at com.lindaxuan.outofmemory.HeapOOM.main(HeapOOM.java:19)
       at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
       at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
       at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
       at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
       at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:144)
     */

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### 1.2 用内存影响分析工具分析堆快照 ###

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## ![林轩 > 内存溢出异常实战 > image2016-2-26 16:13:21.png][_ _ _ image2016-2-26 16_13_21.png] ##

![林轩 > 内存溢出异常实战 > image2016-2-26 16:18:1.png][_ _ _ image2016-2-26 16_18_1.png]

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## 2.虚拟机栈和本地方法栈溢出 ##

HotSpot虚拟机中不区分虚拟机栈和本地方法栈。栈容量用-Xss参数设定。Java虚拟机规范中描述了两种异常：

*  如果线程请求的栈深度大于虚拟机锁允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。
 *  如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

### 2.1 StackOverflowError异常 ###

![复制代码][copycode.gif]

package com.lindaxuan.outofmemory;
    
    /**
     * VM Args：-Xss128k
     * Error: Could not create the Java Virtual Machine.
    
     Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.
     The stack size specified is too small, Specify at least 160k
    
     VM Args：-Xss256k
     * @author linxuan
     */
    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;
            }
        }
    }
    
    /*
    result:
    stack length:1868
    Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:18)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       at com.lindaxuan.outofmemory.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:19)
       ...
     */

![复制代码][copycode.gif]

当单个线程下，无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常。

### 2.2 OutOfMemoryError异常 ###

![复制代码][copycode.gif]

package com.lindaxuan.outofmemory;
    
    /**
     * VM Args：-Xss2M （这时候不妨设大些）
     * @author linxuan
     */
    public class JavaVMStackOOM {
    
        private void dontStop() {
            while (true) {
            }
        }
    
        public void stackLeakByThread() {
            while (true) {
                Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                    public void run() {
                        dontStop();
                    }
                });
                thread.start();
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws Throwable {
            JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
            oom.stackLeakByThread();
        }
    }
    /*
    my result:
    run too long
     */

![复制代码][copycode.gif]

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## 3.方法区和运行时常量池溢出 ##

### 3.1 运行时常量区溢出 ###

下面这段代码需要jdk1.6模拟。

![复制代码][copycode.gif]

package com.lindaxuan.outofmemory;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    /**
     * VM Args：-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
     * @author zzm
     * could not download jdk1.6 for macos
     */
    public class RuntimeConstantPoolOOM {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 使用List保持着常量池引用，避免Full GC回收常量池行为
            List<String> list = new ArrayList<String>();
            // 10MB的PermSize在integer范围内足够产生OOM了
            int i = 0;
            while (true) {
                list.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
        }
    }
    /*
    result:
    run too long
     */

![复制代码][copycode.gif]

String.intern()返回引用的测试

![复制代码][copycode.gif]

package com.lindaxuan.outofmemory;
    
    public class RuntimeConstantPoolOOM2 {
    
        public static void main(String[] args) {
            String str1 = new StringBuilder("中国").append("钓鱼岛").toString();
            System.out.println(str1.intern() == str1);
    
            String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
            System.out.println(str2.intern() == str2);
        }
    }
    /*
    result:
    true
    false
     */

![复制代码][copycode.gif]

对于jdk1.6，intern()方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用。

而StringBuilder创建的字符串实例在Java堆，所以必然不是同一个引用，将返回false。

而jdk1.7中的intern()实现不会复制实例，只是在常量池中首次出现的实例引用，因此intern()返回的引用和由StringBuild创建的那个字符串实例是同一个。

### 3.2 String创建对象和对应内存状态 ###

再看另一段代码

![复制代码][copycode.gif]

public class StringConstantPool {
        public static void main(String[] args) {
    
            String str1 = new StringBuilder("中国").append("钓鱼岛").toString();
            System.out.println(str1.intern() == str1);
    
            String str2 = new String("倚天不屠龙");
            System.out.println(str2.intern() == str2);
        }
    }
    /*
    true
    false
     */

![复制代码][copycode.gif]

“中国钓鱼岛”和“倚天不屠龙”都在常量区中不存在，那么为什么输出结果一个是true，另一个是false呢？

这就涉及到创建String对象的原理。下面我们将代码和内存对应起来看一下。

String str1 = new StringBuilder("中国").append("钓鱼岛").toString(); String创建对象时，会把参数"中国"和“钓鱼岛”放到常量池中

内存状态1

![892679-20160313102550100-1206683246.png][]

![Drawing2.xml.png_version_2_modificationDate_1457834843000_api_v2_1457834844324][]

System.out.println(str1.intern() == str1); // str1.intern()将str1的引用复制到常量池中

内存状态2

![892679-20160313103141929-2130607946.png][]

String str2 = new String("倚天不屠龙"); //String创建对象时，会把参数"倚天不屠龙"放到常量池中

内存状态3

![892679-20160313102835725-1428819483.png][]

![Drawing4.xml.png_version_2_modificationDate_1457834868000_api_v2_1457834868290][]

System.out.println(str2.intern() == str2); // str2.intern()先去常量池中看有没有"倚天不屠龙"，已经有了。

内存状态4 (和内存状态3一致)

![892679-20160313102835725-1428819483.png][]

![Drawing1.xml.png_version_10_modificationDate_1457834878000_api_v2_1457834878685][]

### 3.3 运行时方法区溢出 ###

下面一段代码借助CGLib使方法区出现内存溢出异常。

![复制代码][copycode.gif]

package com.lindaxuan.outofmemory;
    
    import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
    import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
    import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
    
    import java.lang.reflect.Method;
    
    /**
     * VM Args： -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
     * @author linxuan
     */
    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() {
                    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                        return proxy.invokeSuper(obj, args);
                    }
                });
                enhancer.create();
            }
        }
    
        static class OOMObject {
    
        }
    }
    /*
     * result:
     Exception in thread "main"
     Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"
    */

![复制代码][copycode.gif]

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## 4.本机直接内存溢出 ##

DirectMemory容量可通过-XX: MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值 (-Xmx指定)一样。

![复制代码][copycode.gif]

package com.lindaxuan.outofmemory;
    
    import sun.misc.Unsafe;
    
    import java.lang.reflect.Field;
    
    /**
     * VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
     * @author linxuan
     */
    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);
            }
        }
    }

![复制代码][copycode.gif]

以上是模拟各种类型的内存溢出异常。

注：

本文的代码基于于深入理解Java虚拟机 2.4 实战：OutOfMemoryError异常，有轻微调整。

虚拟机的参数根据机器性能不同可以灵活调整。

## 5. JVM相关wiki和工具 ##

内存分析工具，[memory analyzer][][下载][memory analyzer]

[借HSDB来探索HotSpot VM的运行时数据][HSDB_HotSpot VM]

[java反编译工具javap][java_javap]

[java基础和工具][java]

[JAVA虚拟机体系结构][JAVA]

[1._Java]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label0
[1.1]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label0_0
[1.2]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label0_1
[2.]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label2
[2.1 StackOverflowError]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label2_0
[2.2_OutOfMemoryError]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label2_1
[3.]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label3
[3.1]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label3_0
[3.2 String]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label3_1
[3.3]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label3_2
[4.]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label4
[5. JVM_wiki]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_label5
[copycode.gif]: /images/20220522/64ecc16483d94f5da863697583381f18.png
[Link 1]: https://www.cnblogs.com/lin-xuan/p/5271354.html#_labelTop
[_ _ _ image2016-2-26 16_13_21.png]: /images/20220522/bf4d892eed814c558565b5408a571467.png
[_ _ _ image2016-2-26 16_18_1.png]: /images/20220522/465eb1df80d24ab0a69eee4d1cc123ac.png
[892679-20160313102550100-1206683246.png]: /images/20220522/c0b224cf6b9b45388356bbb92f840e4b.png
[Drawing2.xml.png_version_2_modificationDate_1457834843000_api_v2_1457834844324]: /images/20220522/d0ecc2a2aad04dbea0ac8de229d74a6e.png
[892679-20160313103141929-2130607946.png]: /images/20220522/c5e8b538559b4cb193602552a4834307.png
[892679-20160313102835725-1428819483.png]: /images/20220522/80d202ec9c39491e9194e91293ec5255.png
[Drawing4.xml.png_version_2_modificationDate_1457834868000_api_v2_1457834868290]: /images/20220522/01d7f9750e33467cb34f6876eb99d567.png
[Drawing1.xml.png_version_10_modificationDate_1457834878000_api_v2_1457834878685]: /images/20220522/aea5e531c02d4eb2a6ba16216df3d0c5.png
[memory analyzer]: http://www.eclipse.org/downloads/download.php?file=/mat/1.5/rcp/MemoryAnalyzer-1.5.0.20150527-macosx.cocoa.x86_64.zip
[HSDB_HotSpot VM]: http://rednaxelafx.iteye.com/blog/1847971
[java_javap]: http://chenhua-1984.iteye.com/blog/423389
[java]: http://wiki.sankuai.com/pages/viewpage.action?pageId=412361468
[JAVA]: http://wiki.sankuai.com/pages/viewpage.action?pageId=402784036