深入JVM:(二)内存溢出
一、Java堆溢出
Java堆用于存储对象实例,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。
/**
* VM Options: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*/
public static class OOMObject {
}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<>();
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
//运行结果
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 Main.main(Main.java:14)
限制Java堆的大小为20MB,不可扩展(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)
要解决这个区域的异常,一般的手段是先通过内存映像分析工具对Dump出来的堆转储快照进行分析,重点是确认内存中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)
如果是内存泄露,可进一步通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄露对象的类型信息及GC Roots引用链的信息,就可以比较准确地定位出泄露代码的位置。
如果不存在泄露,换句话说,就是内存中的对象确实都还必须存活着,那就应当检查虚拟机的堆参数(-Xmx与-Xms),与机器物理内存对比看是否还可以调大,从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况,尝试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
在HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈。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:
- 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*Error异常。
/**
* VM Options: -Xss160k 设置栈大小
*/
public class Main {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak() {
stackLength++;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) {
Main oom = new Main();
try {
oom.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
throw e;
}
}
}
//运行结果
Exception in thread "main" java.lang.*Error
at Main.stackLeak(Main.java:8)
at Main.stackLeak(Main.java:9)
使用-Xss参数减少栈内存容量。结果:抛出*Error异常,异常出现时输出的堆栈深度相应缩小。
定义了大量的本地变量,增大此方法帧中本地变量表的长度。结果:抛出*Error异常时输出的堆栈深度相应缩小。
实验结果表明:在单个线程下,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*Error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。
创建线程导致内存溢出异常
/**
* VM Args:-Xss160k
*/
public class Main {
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) {
Main oom = new Main();
oom.stackLeakByThread();
}
}
运行上面代码时要小心,亲测会死机的
在开发多线程的应用时特别注意,出现*Error异常时有错误堆栈可以阅读,相对来说,比较容易找到问题的所在。而且,如果使用虚拟机默认参数,栈深度在大多数情况下(因为每个方法压入栈的帧大小并不是一样的,所以只能说在大多数情况下)达到1000~2000完全没有问题,对于正常的方法调用(包括递归),这个深度应该完全够用了。但是,如果是建立过多线程导致的内存溢出,在不能减少线程数或者更换64位虚拟机的情况下,就只能通过减少最大堆和减少栈容量来换取更多的线程。
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,因此这两个区域的溢出测试就放在一起进行(JDK 1.7开始逐步“去永久代”,将运行时常量池放到Java堆中)。
String.intern()是一个Native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;否则,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 1.6及之前的版本中,由于常量池分配在永久代内,我们可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小,从而间接限制其中常量池的容量
/**
* VM Options:-XX:PermSize=10M-XX:MaxPermSize=10M
*
*/
public class Main {
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>();
int i = 0;
while (true) {
list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
}
//运行结果
Exception in thread"main"java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space
at java.lang.String.intern(Native Method)
at com.test.Main.main(Main.java:18)