JVM优化系列-JVM内存溢出的原因

￡神魔★判官ぃ 2023-07-07 12:31 24阅读 0赞

> **导语**  
>   内存溢出（OutOfMemory）OOM，通常情况下出现在某一块内存空间快要消耗完的时候。在Java程序中，导致内存溢出的原因有很多，下面就来分享关于内存溢出的一些问题。其中包括堆内存、直接内存溢出、永久区(Java8以后叫做元数据区)溢出。

### 文章目录 ###

*   *  堆溢出
     *   *  小例子
     *  直接内存溢出
     *   *  小例子
     *  过多的线程导致OOM
     *  永久区溢出
     *  GC效率低下引起的OOM
     *  总结

## 堆溢出 ##

在之前的分享中，Java堆作为内存空间中重要的一部分，在对象初始化的时候大量的对象都是直接再堆内存上进行分配的，所以堆内存是最有可能发生溢出的区间。在实际应用中，大多数的情况都是在堆内存上发生的内存溢出，原因是大量的对象占据了堆内存空间，这些对象都是强引用的所以还未来得及回收就有新的对象被创建最后导致，堆内存空间溢出。JVM 通过 Xmx 参数指定堆内存空间大小，如果这个对象大于这个空间就会导致内存溢出。

### 小例子 ###

public class SimpleHeapOOM { 
        public static void main(String[] args) { 
        	//创建强引用对象
            ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < 1024; i++) { 
                list.add(new byte[1024*1024]);
            }
        }
    }

调整运行参数 -Xmx1G ,运行上面的程序可以看到

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    	at com.nihui.oom.SimpleHeapOOM.main(SimpleHeapOOM.java:15)

既然出现了这个问题，就是堆内存空间溢出了，所以就需要通过 -Xmx 参数指定一个更大的堆空间，另一个由于在设置堆内存的时候还有另外一个参数 Xms 表示初始化堆内存的大小，当然这个空间并不能无限的扩展。可以通过内存管理监控工具找到大对象进行合理的优化。

## 直接内存溢出 ##

在Java的NIO这块内容上使用的就是直接内存，也就是说通过Java代码直接操作物理机实际内存。直接内存的申请速度一般情况下要比堆内存慢，但是读写速度要比堆内存要快。所以，对一些可复制的，并且会经常被访问的空间，使用直接内存可以调高系统的性能，但是由于没有受到Java虚拟机管理，如果使用的不恰当，也是很容易就引起直接内存溢出，对于IO内存模型来说之前的博客中分享有提到过Linux的内存模型。

### 小例子 ###

既然要使用NIO就需要使用ByteBuffer，下面这个小例子就来看看NIO怎么导致直接内存溢出的。

public class DirectBufferOOM { 
        public static void main(String[] args) { 
            for (int i = 0; i < 1024; i++) { 
                ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024);
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

由于现在计算机的性能都比较好，所以对内存的使用限制也少了，需要找到一个32位的机器才会导致直接内存在使用量较小的时候出现内存溢出。或者是确实对于机器直接内存使用量较大的场景下才会导致直接内存溢出。所以个程序一般情况下是不会出现内存溢出的，但是如果调整创建对象的值，导致自己个人电脑出现直接内存溢出，会影响个人电脑。

另外还有一个情况，在运行过程中会出现内存溢出，在输入的内存回收详情中会显示出GC日志，说明在整个的过程中JVM也是对对象进行回收的。也就是说上面这段代码是不会出现直接内存溢出，是由于内存回收的触发所以没有触发直接内存溢出，但是如果没有合理的FullGC 就会导致直接内存溢出。假设一个系统实际可达的内存值被-XX:MaxDirectMemorySize 设置，这个时候如果堆内存上出现的GC较少，直接内存被申请频繁就会导致直接内存的溢出。

也许有人问，如果将堆内存的大小调整的较小，会不会从出现直接内存溢出，从实际的运行中可以看到越小的堆内存导致越多的Full GC。并没有导致直接内存溢出，当直接内存使用达到某个值的时候会自动进行GC操作来释放无用的内存，通过显式的设置-XX:MaxDirectMemorySize 来控制当直接内存达到这个值的时候回触发GC操作从而减少了直接内存溢出。

也就是在确保不浪费空间的前提下，合理的执行Full GC，可以降低直接内存溢出的概率，合理的设置-XX:MaxDirectMemorySize 的值，也可以避免意外情况下内存溢出的发生。

## 过多的线程导致OOM ##

在多线程中，由于每个线程的开启都要占用系统内存，当线程数过多的时候，也可能导致OOM。由于线程的栈空间也是在堆外进行分配的，所以与直接内存使用是类似的，如果一个操作系统要支持多个线程，需要怎样设置虚拟机参数呢？

public class MultiThreadOOM { 
    
        public static class SleepThread implements Runnable{ 
            @Override
            public void run() { 
                try{ 
                    Thread.sleep(100000000);
                }catch (InterruptedException e){ 
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) { 
            for (int i = 0; i < 1500; i++) { 
                new Thread(new SleepThread(),"Thread"+i).start();
                System.out.println("Thread "+i+" created");
            }
        }
    }

运行上面的程序会出现一个内存溢出的报错：unable to create new native thread，表示系统创建线程的数量已经饱和，原因是Java进程已经达到了可使用的内存上限。所以需要解决这个问题，需要从以下的两个方面进行解决。

*  减少堆内存，但是这个方法会影响其他对象创建。
 *  减少每个线程创建所占用的空间可以使用 -Xss 参数可以指定线程的栈空间。

## 永久区溢出 ##

永久区(Perm) 是存放类元数据的区域。如果一个系统定制了太多的数据类型，在永久区有可能出现内存溢出。在JDK1.8 中，永久区被元数据区代替，但是功能是类似的，都是保存类的元信息。

如果让一个系统不断的创建新的类，这些类都不进行回收，最终就等会导致永久区的内存溢出。一般来说，要解决永久区溢出问题需要考虑下面一些问题

*  增加MaxPermSize 的值
 *  减少系统需要的类的数量
 *  使用ClassLoader合理加载各个类，并进行合理的回收

## GC效率低下引起的OOM ##

GC 是内存回收的关键，如果GC的执行效率过低的话，系统性能会受到一定的影响。当系统的堆内存空间太小，GC所占用的时间就会相对较长，整个的内存回收效率就较低。根据GC占用的系统时间以及释放的内存大小，虚拟机会给出一个GC的效率。JVM认为这个GC回收效率较低的时候就会导致OOM的异常。一般情况下，虚拟机对这个判断不会太随意，在JVM使用的时候回判断一下的几种情况：

*  花在GC上的时间是否超过了98%
 *  老年代释放的内存是否小于2%
 *  eden去释放的内存是否小于2%
 *  是否连续出现上述情况

就会导致 GC overhead limit exceeded 的报错。同时如果不想要这个提示就可以通过 -XX:-UseGCOverheadLimit 来禁止这种OOM的产生。

## 总结 ##

上面总结了几种常见的OOM产生的原因，对一些场景并没有给出一定的实例，但是在实际应用的过程中会出现各种各样的OOM，在出现这些场景的时候需要结合这些原因进行内存优化分析，从而可以找到真正的原因，从而进行JVM的优化。