（深入理解 Java 虚拟机）一篇文章带你探究 OutOfMemoryError 异常

男娘i 2022-11-21 01:09 229阅读 0赞

在《Java虚拟机规范》的规定里，除了程序计数器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有发生OutOfMemoryError（下文称OOM）异常的可能。

### 文章目录 ###

*   *  一、Java 堆溢出
     *  二、虚拟机栈和本地方法栈溢出
     *  三、方法区和运行时常量池溢出
     *  四、本机直接内存溢出

## 一、Java 堆溢出 ##

Java堆用于储存对象实例，我们只要不断地创建对象，并且保证 [GC Roots到对象之间有可达路径][GC Roots] 来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么随着对象数量的增加，总容量触及最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

Java堆内存的`OutOfMemoryError`异常是实际应用中最常见的内存溢出异常情况。出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息“`java.lang.OutOfMemoryError`”会跟随进一步提示“`Java heap space`”。

要解决这个内存区域的异常，常规的处理方法是首先通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）对 Dump 出来的堆转储快照进行分析。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25hbmh1YWliZWlhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
第一步首先应确认内存中导致 OOM 的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）

如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到`GC Roots`的引用链，找到泄漏对象是通过怎样的引用路径、与哪些`GC Roots`相关联，才导致垃圾收集器无法回收它们，根据泄漏对象的类型信息以及它到GC Roots引用链的信息，一般可以比较准确地定位到这些对象创建的位置，进而找出产生内存泄漏的代码的具体位置。

如果不是内存泄漏，换句话说就是内存中的对象确实都是必须存活的，那就应当检查Java虚拟机的堆参数`（-Xmx与-Xms）`设置，与机器的内存对比，看看是否还有向上调整的空间。再从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长、存储结构设计不合理等情况，尽量减少程序运行期的内存消耗。

## 二、虚拟机栈和本地方法栈溢出 ##

由于 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`参数（设置本地方法栈大小）虽然存在，但实际上是没有任何效果的，栈容量只能由`-Xss`参数来设定。  
关于虚拟机栈和本地方法栈，在《Java虚拟机规范》中描述了两种异常：

> 1）如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出 StackOverflowError 异常。  
> 2）如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，将抛出OutOfMemoryError异常。

《Java虚拟机规范》明确允许Java虚拟机实现自行选择是否支持栈的动态扩展，而 HotSpot 虚拟机的选择是不支持扩展，所以除非在创建线程申请内存时就因无法获得足够内存而出现OutOfMemoryError异常，否则在线程运行时是不会因为扩展而导致内存溢出的，只会因为栈容量无法容纳新的栈帧而导致StackOverflowError异常。

如果测试时不限于单线程，通过不断建立线程的方式，在 HotSpot 上也是可以产生内存溢出异常的，但是这样产生的内存溢出异常和栈空间是否足够并不存在任何直接的关系，主要取决于操作系统本身的内存使用状态。甚至可以说，在这种情况下，给每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。

操作系统分配给每个进程的内存是有限制的，譬如32位Windows的单个进程最大内存限制为2GB。HotSpot虚拟机提供了参数可以控制Java堆和方法区这两部分的内存的最大值，那剩余的内存即为2GB（操作系统限制）减去最大堆容量，再减去最大方法区容量，由于程序计数器消耗内存很小，可以忽略掉，如果把直接内存和虚拟机进程本身耗费的内存也去掉的话，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈来分配了。因此为每个线程分配到的栈内存越大，可以建立的线程数量自然就越少，建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽

## 三、方法区和运行时常量池溢出 ##

由于运行时常量池是方法区的一部分，所以这两个区域的溢出测试可以放到一起进行。前面曾经提到HotSpot从JDK 7开始逐步“去永久代”的计划，并在JDK 8中完全使用元空间来代替永久代的背景故事，使用“永久代”还是“元空间”来实现方法区，对程序有什么实际的影响。

String::intern()是一个本地方法，它的作用是如果字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象的引用；否则，会将此String对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String对象的引用。在JDK 6或更早之前的HotSpot虚拟机中，常量池都是分配在永久代中，我们可以通过-XX：PermSize和-XX：MaxPermSize限制永久代的大小，即可间接限制其中常量池的容量。

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常，一个类如果要被垃圾收集器回收，要达成的条件是比较苛刻的。在经常运行时生成大量动态类的应用场景里，就应该特别关注这些类的回收状况。

## 四、本机直接内存溢出 ##

由直接内存导致的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见有什么明显的异常情况，如果读者发现内存溢出之后产生的Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了DirectMemory（典型的间接使用就是NIO），那就可以考虑重点检查一下直接内存方面的原因了。

[GC Roots]: https://blog.csdn.net/nanhuaibeian/article/details/109355729
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