内存溢出复现

妖狐艹你老母 2023-01-03 04:08 213阅读 0赞

开发与生产环境经常会遇到内存溢出的错误感觉都差不多，其实 JVM 每个内存区域发生 OOM 的原因还是差异的。  
JVM 的内存区域中，一般只有程序计数器这个区域不会发生内存溢出，虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区、直接内存都会发生 OOM。

结合《深入理解Java虚拟机》里的示例，我在本地复现了各种 OOM。

操作系统：win 7  
JDK：7 和 8 都有，都是 64 位，版本号分别为 1.7.3、1.8.141  
默认 JAVA\_HOME 是 JDK 1.8.141

**1、虚拟机栈溢出 StackOverflowError**

原因：方法递归层级太深

代码：

public class JavaVMStackSOF {
    
        private int stackLength = 1;
    
        public void stackLeak() {
            stackLength++;
            stackLeak();
        }
    
        public static void main(String[] args) throws Throwable {
            //递归调用 stackLeak 方法
            JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
            try {
                oom.stackLeak();
            } catch (Throwable e) {
                System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
                throw e;
            }
        }
    }

\-Xss128k 配置栈容量，指令：

javac JavaVMStackSOF.java
    java -Xss128k JavaVMStackSOF

异常信息：

stack length:991
    Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
        at constxiong.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:8)
        at constxiong.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:9)
        ...

**2、虚拟机栈溢出 StackOverflowError**

原因：方法递归层级太深的基础上，加大栈帧中的局部变量

代码：

public class JavaVMStackSOF2 {
    
        private static int stackLength = 0;
    
        public static void test() {
            long unused1, unused2, unused3, unused4, unused5,
            unused6, unused7, unused8, unused9, unused10,
            unused11, unused12, unused13, unused14, unused15,
            unused16, unused17, unused18, unused19, unused20,
            unused21, unused22, unused23, unused24, unused25,
            unused26, unused27, unused28, unused29, unused30,
            unused31, unused32, unused33, unused34, unused35,
            unused36, unused37, unused38, unused39, unused40,
            unused41, unused42, unused43, unused44, unused45,
            unused46, unused47, unused48, unused49, unused50,
            unused51, unused52, unused53, unused54, unused55,
            unused56, unused57, unused58, unused59, unused60,
            unused61, unused62, unused63, unused64, unused65,
            unused66, unused67, unused68, unused69, unused70,
            unused71, unused72, unused73, unused74, unused75,
            unused76, unused77, unused78, unused79, unused80,
            unused81, unused82, unused83, unused84, unused85,
            unused86, unused87, unused88, unused89, unused90,
            unused91, unused92, unused93, unused94, unused95,
            unused96, unused97, unused98, unused99, unused100;
    
            stackLength ++;
            test();
    
            unused1 = unused2 = unused3 = unused4 = unused5 =
            unused6 = unused7 = unused8 = unused9 = unused10 =
            unused11 = unused12 = unused13 = unused14 = unused15 =
            unused16 = unused17 = unused18 = unused19 = unused20 =
            unused21 = unused22 = unused23 = unused24 = unused25 =
            unused26 = unused27 = unused28 = unused29 = unused30 =
            unused31 = unused32 = unused33 = unused34 = unused35 =
            unused36 = unused37 = unused38 = unused39 = unused40 =
            unused41 = unused42 = unused43 = unused44 = unused45 =
            unused46 = unused47 = unused48 = unused49 = unused50 =
            unused51 = unused52 = unused53 = unused54 = unused55 =
            unused56 = unused57 = unused58 = unused59 = unused60 =
            unused61 = unused62 = unused63 = unused64 = unused65 =
            unused66 = unused67 = unused68 = unused69 = unused70 =
            unused71 = unused72 = unused73 = unused74 = unused75 =
            unused76 = unused77 = unused78 = unused79 = unused80 =
            unused81 = unused82 = unused83 = unused84 = unused85 =
            unused86 = unused87 = unused88 = unused89 = unused90 =
            unused91 = unused92 = unused93 = unused94 = unused95 =
            unused96 = unused97 = unused98 = unused99 = unused100 = 0;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            try {
                test();
            }catch (Error e){
                System.out.println("stack length:" + stackLength);
                throw e;
            }
        }
    }

\-Xss128k 配置栈容量，指令：

javac JavaVMStackSOF2.java
    java -Xss128k JavaVMStackSOF2

异常信息：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
        at constxiong.JavaVMStackSOF2.test(JavaVMStackSOF2.java:29)
        at constxiong.JavaVMStackSOF2.test(JavaVMStackSOF2.java:30)
        ...
        at constxiong.JavaVMStackSOF2.test(JavaVMStackSOF2.java:30)
        at constxiong.JavaVMStackSOF2.main(JavaVMStackSOF2.java:56)
    stack length:51

很明显能看出，加多了局部变量，调用深度从示例 1 的 991 -> 本例中的 51

**3、栈 OOM**

复现条件需要借助限制单进程内存大小的操作系统，如 32 位 win7，本地无此环境。执行代码的情况是喜欢创建线程，电脑卡顿，但未出现 OOM。

进程内存 - 堆内存 - 方法区 - 程序计数器 - 直接内存 - JVM 执行本身的内存 = 虚拟机栈 + 本地方法栈

代码：

public class JavaVMStackOOM {
    
        private 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 {
            JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
            oom.stackLeakByThread();
        }
    }

指令：

javac JavaJVMStackOOM.java
    java -Xss2M JavaVMStackOOM

**4、堆 OOM**

原因：设置堆的最大内存，不断创建强引用对象

代码：

import java.util.*;
    
    public class HeapOOM {
    
        static class OOMObject {}
    
        public static void main(String[] args) {
            List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
            while (true) {
                list.add(new OOMObject());
            }
        }
    }

\-Xms20m -Xmx20m 设置堆的最小和最大内存，指令：

javac JavaJVMStackOOM.java
    java -Xss2M JavaVMStackOOM

异常信息：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
            at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
            at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
            at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
            at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
            at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
            at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
            at HeapOOM.main(HeapOOM.java:10)

**5、常量池 OOM**

HotSpot 虚拟机中，JDK 6 中常量池在永久代，JDK 7 开始移出永久代，JDK 8 废除永久代使用元空间。本地无 JDK 6 环境，未进行复现。

JDK 1.7 -XX:MaxPermSize=6M，设置最大永久代

JDK 1.8 -XX:MaxMetaspaceSize=6M，设置最大元空间

以上参数均无效；设置最大堆内存有效。

代码：

import java.util.*;
    
    public class RuntimeConstantPoolOOM {
    
        public static void main(String[] args) {
            Set<String> set = new HashSet<String>();
            short i = 0;
            while (true) {
                set.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
        }
    
    }

\-Xmx6M 设置最大堆内存，指令：

javac RuntimeConstantPoolOOM.java
    java -Xmx6M RuntimeConstantPoolOOM

异常信息：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
            at java.util.HashMap.resize(HashMap.java:703)
            at java.util.HashMap.putVal(HashMap.java:662)
            at java.util.HashMap.put(HashMap.java:611)
            at java.util.HashSet.add(HashSet.java:219)
            at RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:9)

**6、方法区 OOM**

原因：使用 cglib，动态添加类信息到方法区，导致 OOM

代码：

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
    import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
    import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
    
    import java.lang.reflect.Method;
    
    public class JavaMethodAreaOOM {
    
        static class OOMObject {}
    
        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();
            }
        }
    }

JDK 7 指令：

E:\install\jdk1.7.3\bin\javac -classpath .;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;E:\repository\cglib\cglib\3.1\cglib-3.1.jar;E:\repository\org\ow2\asm\asm\4.2\asm-4.2.jar JavaMethodAreaOOM.java
    E:\install\jdk1.7.3\bin\java -classpath .;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;E:\repository\cglib\cglib\3.1\cglib-3.1.jar;E:\repository\org\ow2\asm\asm\4.2\asm-4.2.jar -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M JavaMethodAreaOOM

异常信息：

Exception in thread "main"
    Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"

JDK 8 指令：

javac -classpath .;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;E:\repository\cglib\cglib\3.1\cglib-3.1.jar;E:\repository\org\ow2\asm\asm\4.2\asm-4.2.jar JavaMethodAreaOOM.java
    java -classpath .;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;E:\repository\cglib\cglib\3.1\cglib-3.1.jar;E:\repository\org\ow2\asm\asm\4.2\asm-4.2.jar -XX:MaxMetaspaceSize=10M JavaMethodAreaOOM

异常信息：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
            at java.lang.Class.forName0(Native Method)
            at java.lang.Class.forName(Class.java:348)
            at net.sf.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:386)
            at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:219)
            at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:377)
            at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:285)
            at JavaMethodAreaOOM.main(JavaMethodAreaOOM.java:21)

**7、直接内存 OOM**

代码：

import sun.misc.*;
    import java.lang.reflect.*;
    
    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);
            }
        }
    }

\-XX:MaxDirectMemorySize=10M 限制最大直接内存，指令：

javac DirectMemoryOOM.java
    java -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M DirectMemoryOOM

异常信息：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
                at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
                at DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:13)

--------------------

### 【Java学习资源】整理推荐 ###

*  [MAT 分析堆内存快照][MAT]
 *  [jclasslib 查看类信息][jclasslib]
 *  [增大 MAT 堆内存][MAT 1]
 *  [JVM 常用配置参数(Java 8)][JVM _Java 8]
 *  [40 道JVM面试题解答][40 _JVM]
 *  [JVM 问题排查常用指令][JVM]
 *  [jvisualvm 远程连接服务器 JVM][jvisualvm _ JVM]
 *  [字节码指令分类][Link 1]
 *  [\-verbose:gc 和 -XX:+PrintGC 的区别][-verbose_gc _ -XX_PrintGC]
 *  [JVM字节码指令表][JVM 1]
 *  [图解 Class 文件结构][Class]
 *  [Class 文件的结构][Class 1]
 *  [JVM 故障处理工具列表][JVM 2]
 *  [HotSpot 内存分配的主要规则][HotSpot]
 *  [开启 GC 日志][GC]
 *  [垃圾收集器及特点][Link 2]
 *  [JVM垃圾回收算法][JVM 3]
 *  [什么样的 Java 对象会被当垃圾回收？][Java]
 *  [内存溢出复现][Link 3]
 *  [HotSpot VM 中对象的内存分析][HotSpot VM]
 *  [JVM 控制的内存区域][JVM 4]
 *  [JVM家族][JVM 5]
 *  [Java 的发展史][Java 1]
 *  [常见 JVM dump 指令][JVM dump]

--------------------

### 【Java面试题与答案】整理推荐 ###

*  [基础与语法][Link 4]
 *  [集合][Link 5]
 *  [网络编程][Link 6]
 *  [并发编程][Link 7]
 *  [Web][]
 *  [安全][Link 8]
 *  [设计模式][Link 9]
 *  [框架][Link 10]
 *  [算法与数据结构][Link 11]
 *  [异常][Link 12]
 *  [文件解析与生成][Link 13]
 *  [Linux][]
 *  [MySQL][]
 *  [Oracle][]
 *  [Redis][]
 *  [Dubbo][]

[MAT]: https://www.javanav.com/val/c3466d5a4ae54cbbacff48a77764eefc.html
[jclasslib]: https://www.javanav.com/val/f6c5cf9df8554a788b403bdc4c711564.html
[MAT 1]: https://www.javanav.com/val/60b1b34a85474c9ba01858ff435c0abe.html
[JVM _Java 8]: https://www.javanav.com/val/d76fe4761aa64973b6ae730326aa6d34.html
[40 _JVM]: https://www.javanav.com/val/93550f179edb4a77bbf4d35faa6d560c.html
[JVM]: https://www.javanav.com/val/731835b642a548e8a7d7c14aeab161e6.html
[jvisualvm _ JVM]: https://www.javanav.com/val/925604ea926e42aa9f936df96b6c69d0.html
[Link 1]: https://www.javanav.com/val/ecd6c327f9164c358ee168a8f4d6cdfa.html
[-verbose_gc _ -XX_PrintGC]: https://www.javanav.com/val/3159ceb444204e0a830b921dee94d9d1.html
[JVM 1]: https://www.javanav.com/val/2e69020292844506ac038fa6942f359f.html
[Class]: https://www.javanav.com/val/296686d016a147f5b91d8ad82c6f048d.html
[Class 1]: https://www.javanav.com/val/b21a17ddecf543239060a2af5ed9c21e.html
[JVM 2]: https://www.javanav.com/val/a52a3d4ee8df4a7b9d2262572ed303dd.html
[HotSpot]: https://www.javanav.com/val/6b9865caa5f84c348f9485c558df4551.html
[GC]: https://www.javanav.com/val/acbb4071b64240b49145a1baf7856551.html
[Link 2]: https://www.javanav.com/val/391b81f602e74370aa62b8e1b5d84d83.html
[JVM 3]: https://www.javanav.com/val/bbee490647d7459984be9d612dc4b75e.html
[Java]: https://www.javanav.com/val/00c98517d5e940248f6c50403d184dd5.html
[Link 3]: https://www.javanav.com/val/2a7fd81371534120a3e86935cc1ecb01.html
[HotSpot VM]: https://www.javanav.com/val/49e9ce5857744a39a88b1977d84086c7.html
[JVM 4]: https://www.javanav.com/val/34d7eadd6bdb4f179913fe172c4a144b.html
[JVM 5]: https://www.javanav.com/val/c850f57e1cee4024a12e3ac449d2757d.html
[Java 1]: https://www.javanav.com/val/f6a20dc008d6431bb54ba6afc71cbefe.html
[JVM dump]: https://www.javanav.com/val/200700af5dfe459d957e04e93c813a0c.html
[Link 4]: https://www.javanav.com/interview/93b0069472fd479393006c0e73043fc4.html
[Link 5]: https://www.javanav.com/interview/4147d95e693945e7a50345fd33ec817e.html
[Link 6]: https://www.javanav.com/interview/68a57ffc78de4133bb890bdd502ac418.html
[Link 7]: https://www.javanav.com/interview/36a24fa3258e45c89873f474ce914912.html
[Web]: https://www.javanav.com/interview/4e27cb63adb440c6825a159d35cf4010.html
[Link 8]: https://www.javanav.com/interview/03affb2ce3f04fda8853f714e5764906.html
[Link 9]: https://www.javanav.com/interview/07a32a9ff17a4006a53550ce658cafed.html
[Link 10]: https://www.javanav.com/interview/5c466456e9b54ab0a749b5948e51f1d3.html
[Link 11]: https://www.javanav.com/interview/943f917041ee4f05add24539f5b861b2.html
[Link 12]: https://www.javanav.com/interview/d3f058cfc05d4c6dadd821b622e84d36.html
[Link 13]: https://www.javanav.com/interview/67a50996c28f418e83b109ea42fc3eff.html
[Linux]: https://www.javanav.com/interview/00cccb81729540d1923bd0a0ef49533a.html
[MySQL]: https://www.javanav.com/interview/d311e78502a845f1a4bb307bd6aec2b3.html
[Oracle]: https://www.javanav.com/interview/5f29e9677edf4a16be3dce30d257c9ab.html
[Redis]: https://www.javanav.com/interview/066c62b3af4d4827b2243a822c3084a9.html
[Dubbo]: https://www.javanav.com/interview/9a3e7a7740324757abaab953f7ebc455.html