面试官：说说你了解的OOM异常以及解决方案

我会带着你远行 2023-02-26 06:29 28阅读 0赞

在Java虚拟机规范的描述中，除了程序计数器外，虚拟机内存的其他几个运行时区都会发生OOM异常的可能，本文通过几个例子来了解一下虚拟机常见的OOM异常。

`本文的代码参考《深入理解Java虚拟机（第二版）》`

##### Java堆溢出 #####

Java堆用于存储对象实例，只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免避免垃圾回收清除对象，那么这些对象达到最大堆的容量限制之后就会产生内存溢出异常。

*  设置VM参数，方便导出dump文件分析

-Xms20m  //JVM初始分配的内存20m
    -Xmx20m  //JVM最大可用内存为20m
    -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  //当JVM发生OOM时，自动生成DUMP文件
    -XX:HeapDumpPath=/Users/wangchengming/Desktop/  //生成DUMP文件的路径，方便后面进行分析

如果不加`-XX:HeapDumpPath`和`-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`参数的话，也可以通过`jps`命令找到`pid`，如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
然后使用`jmap -dump:format=b,file=serviceDump.dat 2513`命令手打导出dump文件，如下：  
![在这里插入图片描述][20200714174350805.png]

*  堆内存溢出代码

public class OOMTest {
    
        static class OOMObject {
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            List<OOMObject> oomObjects = new ArrayList<>();
            while (true) {
                oomObjects.add(new OOMObject());
            }
        }
    }

*  运行结果如下：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    Dumping heap to /Users/wangchengming/Desktop/java_pid2493.hprof ...
    Heap dump file created [27779830 bytes in 0.088 secs]
    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:265)
    	at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:239)
    	at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:231)
    	at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:462)
    	at OOMTest.main(OOMTest.java:16)
    
    Process finished with exit code 1

*  使用JDK自带的VisualVM可视化工具导入dump文件

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdjaGVuZ21pbmcx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
可以看出一共创建了810326个对象，占用了99.4%的内存，发现内存被撑爆了。

*  解决思路
    
     *  通过上面的分析可以得出是`堆内存溢出`。这个时候可以定位到代码：`OOMTest$OOMOject`，发现是死循环导致的，修改代码之后就不会出现堆内存溢出了
     *  或者可以检查虚拟机堆参数（-Xmx和-Xms）是否可以调大
     *  思考是不是存在GC Roots不可达的对象，如果存在GC Roots不可达的对象则是内存泄漏

##### 虚拟机栈和本地方法栈溢出 #####

通常情况下栈容量是由`-Xss`参数设定。关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机中描述了两种异常：

*  如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，则会抛出StackOverflowError
 *  如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则会抛出OOM

接下来演示一波StackOverflowError

*  设置VM参数`-Xss160k`，最小是`160k`，默认`1M`
 *  编写代码

private int stackLength = 1;
    
    /**
     * 递归
     */
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        OOMTest oomTest = new OOMTest();
        try {
            oomTest.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length : " + oomTest.stackLength);
            throw e;
        }
    }

*  从运行结果来看，单线程下虚拟机抛出的是`StackOverflowError`

stack length : 773
    Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    	at OOMTest.stackLeak(OOMTest.java:23)
    	at OOMTest.stackLeak(OOMTest.java:24)
    	at OOMTest.stackLeak(OOMTest.java:24)
    	at OOMTest.stackLeak(OOMTest.java:24)

接下来演示一波OOM

*  设置VM参数`-Xss2M`
 *  编写代码

private void dontStop() {
        while (true) {
        }
    }
    
    private void stackLeakByThread() {
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(this::dontStop);
            thread.start();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        OOMTest oomTest = new OOMTest();
        oomTest.stackLeakByThread();
    }

*  运行结果

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

*  解决思路
    
     *  通常在单线程下，栈帧太大，或者虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出StackOverflowError 异常。如果是这种情况，就需要仔细检查代码有没有深度递归的情况。
     *  不断地建立线程的方式会导致内存溢出。如果是这种情况就要检查是不是有死循环，或者通过`-Xss`降低的每个线程栈大小的容量

##### 方法区和运行时常量池溢出 #####

方法区，（又叫永久代，JDK8后，元空间替换了永久代），用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。运行时产生大量的类，会填满方法区，造成溢出。

*  设置VM参数，`-XX:MetaspaceSize=10M`和`-XX:MaxMetaspaceSize=10M`
 *  编写代码

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 {
    }

*  运行结果

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    	at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    	at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
    	at java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)
    	at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:468)
    	at java.net.URLClassLoader.access$100(URLClassLoader.java:74)
    	at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:369)
    	at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:363)
    	at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
    	at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:362)
    	at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
    	at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:349)
    	at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
    	at org.springframework.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:538)
    	at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:363)
    	at org.springframework.cglib.proxy.Enhancer.generate(Enhancer.java:585)
    	at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData.get(AbstractClassGenerator.java:131)
    	at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:319)
    	at org.springframework.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:572)
    	at org.springframework.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:387)
    	at OOMTest.main(OOMTest.java:31)

*  解决思路
    
     *  首先我们看到错误信息`Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace`，然后检查代码是否应用了大量的代理，发现确实是应用了代理。
     *  检查是否永久代空间设置得过小
     *  检查代码是否频繁错误得使用String.intern方法
     *  检查是否跟jsp有关。
     *  检查是否使用CGLib生成了大量的代理类
     *  重启大法，重启JVM

##### 本机直接内存溢出 #####

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java 虚拟机规范中定义的内存区域。但是，这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OOM。

在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类，它可以使用 native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。

DirectMemory容量可以通过`-XX:MaxDirectMemorySize`指定，如果不指定则默认和Java堆最大值（-Xmx指定）一致。

*  设置VM参数`-Xmx256m`和`-XX:MaxDirectMemorySize=100M`
 *  编写代码

public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InterruptedException {
        //分配128MB直接内存
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);
    
        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        System.out.println("ok");
    }

*  运行结果

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
    	at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:694)
    	at java.nio.DirectByteBuffer.<init>(DirectByteBuffer.java:123)
    	at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311)
    	at OOMTest.main(OOMTest.java:85)

*  解决思路
    
     *  检查代码是否恰当
     *  检查JVM参数`-Xmx`，`-XX:MaxDirectMemorySize`是否合理。

##### 总结 #####

通过以上的分析，一共得出以下几种常见OOM异常，希望可以帮到各位小伙伴

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
    java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

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[20200714174350805.png]: /images/20230209/10c8b66479454006b2ef69e8e6e432d5.png
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