Java常见内存溢出异常分析(OutOfMemoryError)

原文转载自：http://my.oschina.net/sunchp/blog/369412

1.背景知识

1）.JVM体系结构

2）.JVM运行时数据区

JVM内存结构的相关可以参考：

http://blog.csdn.net/u012463017/article/details/49448065

2.堆溢出(OutOfMemoryError:java heap space)

堆（Heap）是Java存放对象实例的地方。

堆溢出可以分为以下两种情况，这两种情况都会抛出OutOfMemoryError:java heap space异常：

1）内存泄漏

内存泄漏是指对象实例在新建和使用完毕后，仍然被引用，没能被垃圾回收释放，一直积累，直到没有剩余内存可用。

如果内存泄露，我们要找出泄露的对象是怎么被GC ROOT引用起来，然后通过引用链来具体分析泄露的原因。

分析内存泄漏的工具有：Jprofiler，visualvm等。

示例：

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

通过如下命令运行程序：

java -Xms10M -Xmx10M -XX:-UseGCOverheadLimit OOMTest

输出结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at sun.security.provider.DigestBase.engineDigest(DigestBase.java:163)
    at java.security.MessageDigest$Delegate.engineDigest(MessageDigest.java:576)
    at java.security.MessageDigest.digest(MessageDigest.java:353)
    at sun.security.provider.SecureRandom.engineNextBytes(SecureRandom.java:226)
    at java.security.SecureRandom.nextBytes(SecureRandom.java:455)
    at java.util.UUID.randomUUID(UUID.java:145)
    at com.demo3.Test.main(Test.java:12)

2）内存溢出

内存溢出是指当我们新建一个实力对象时，实例对象所需占用的内存空间大于堆的可用空间。

如果出现了内存溢出问题，这往往是程序本生需要的内存大于了我们给虚拟机配置的内存，这种情况下，我们可以采用调大-Xmx来解决这种问题。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class OOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> buffer = new ArrayList<byte[]>();
        buffer.add(new byte[10 * 1024 * 1024]);
    }
}

通过如下命令运行程序：

java -verbose:gc -Xmn10M -Xms20M -Xmx20M -XX:+PrintGC OOMTest

输出结果：

[GC 836K->568K(19456K), 0.0234380 secs]
[GC 568K->536K(19456K), 0.0009309 secs]
[Full GC 536K->463K(19456K), 0.0085383 secs]
[GC 463K->463K(19456K), 0.0003160 secs]
[Full GC 463K->452K(19456K), 0.0062013 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.demo3.OOMTest.main(OOMTest.java:10)

3.持久带溢出(OutOfMemoryError: PermGen space)

持久带(PermGen space)是JVM实现方法区的地方，因此该异常主要设计到方法区和方法区中的常量池。

1）.方法区

方法区（Method Area）不仅包含常量池，而且还保存了所有已加载类的元信息。当加载的类过多，方法区放不下所有已加载的元信息时，就会抛出OutOfMemoryError: PermGen space异常。主要有以下场景：

• 使用一些应用服务器的热部署的时候，我们就会遇到热部署几次以后发现内存溢出了，这种情况就是因为每次热部署的后，原来的class没有被卸载掉。

• 如果应用程序本身比较大，涉及的类库比较多，但是我们分配给持久带的内存（通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来设置）比较小的时候也可能出现此种问题。

2）.常量池

常量池（Runtime Constrant Pool）专门放置源代码中的符号信息。常量池中除了包含代码中所定义的各种基本类型（如int、long等等）和对象型（如String及数组）的常量值外，还包含一些以文本形式出现的符号引用，比如：类和接口的全限定名；字段的名称和描述符；方法的名称和描述符等。

当常量池需要的空间大于常量池的实际空间时，也会抛出OutOfMemoryError: PermGen space异常。

例如，Java中字符串常量是放在常量池中的，String.intern()这个方法运行的时候，会检查常量池中是否存和本字符串相等的对象，如果存在直接返回对常量池中对象的引用，不存在的话，先把此字符串加入常量池，然后再返回字符串的引用。那么可以通过String.intern方法来模拟一下运行时常量区的溢出.

4.线程栈

栈（JVM Stack）存放主要是栈帧( 局部变量表, 操作数栈 , 动态链接 , 方法出口信息 )的地方。注意区分栈和栈帧：栈里包含栈帧。

与线程栈相关的内存异常有两个：

• StackOverflowError(方法调用层次太深，内存不够新建栈帧)

• OutOfMemoryError（线程太多，内存不够新建线程）

1）.java.lang.StackOverflowError

栈溢出抛出java.lang.StackOverflowError错误，出现此种情况是因为方法运行的时候，请求新建栈帧时，栈所剩空间小于战帧所需空间。

例如，通过递归调用方法,不停的产生栈帧,一直把栈空间堆满,直到抛出异常 ：

public class OOMTest {
    public void stackOverFlowMethod() {
        stackOverFlowMethod();
    }
 
    public static void main(String... args) {
        OOMTest oom = new OOMTest();
        oom.stackOverFlowMethod();
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    at com.demo3.OOMTest.stackOverFlowMethod(OOMTest.java:5)
    .....

2）.java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread 

因为虚拟机会提供一些参数来保证堆以及方法区的分配，剩下的内存基本都由栈来占有，而且每个线程都有自己独立的栈空间(堆,方法区为线程共有)。所以：

• 如果你把虚拟机参数Xss调大了,每个线程的占用的栈空间也就变大了，那么可以建立的线程数量必然减少

• 公式：线程栈总可用内存=JVM总内存-（-Xmx的值）- （-XX:MaxPermSize的值）- 程序计数器占用的内存

如果-Xmx或者-XX:MaxPermSize太大,那么留给线程栈可用的空间就越小，在-Xss参数配置的栈容量不变的情况下，可以创建的线程数也就越小。

上述两种情况都会导致：当创建的线程数太多时，栈内存不够用来创建新的线程，那么就会抛出java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread 异常。

PS：由于在window平台的虚拟机中,java的线程是隐射到操作系统的内核线程上的,所以运行一下产生该异常的代码时,可能会导致操作系统假死。