Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

　　根据Java虚拟机规范，虚拟机内存中除过程序计数器之外的运行时数据区域都会发生OutOfMemoryError（OOM），本文将通过实际例子验证分析各个数据区域OOM的情况。为了更贴近生产，本次所有例子都是通过调用接口触发，并使用jvisualvm工具监控tomcat内存进行分析。

一、Java堆溢出

　　Java堆主要用于存储对象和数组实例，只要不断创建对象或者数组，并且保证CG Roots（垃圾收集器对象）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，在对象数量到达最大堆的限制后就会产生内存溢出异常。

　　java代码：

    static class OOMObject{};

    /**
     * 测试Java堆OOM
     */
    private void testHeapOom(){
        List<OOMObject> oomObjects=new ArrayList<>();
        int count=0;
        boolean flag=true;
        while(flag){
            try{
                oomObjects.add(new OOMObject());
                count++;
            }catch (Throwable throwable){
                flag=false;
                System.out.println("count="+count);
            }
        }
    }

　　设置Jvm参数：在tomcat的 catalina.sh 中添加 JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -Xms64M -Xmx128M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError" 即初始堆内存为64M，最大堆内存为128M， -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 的含义是当虚拟机内存溢出后Dump出当前内存堆转储快照，这样可以方便事后分析。

　　重启tomcat后，设置jvisualvm连接，在JVM参数中可以看到刚才添加的参数，表示设置成功：

　　

　　切换到监控界面，在“堆”监控界面，可以看到堆大小稳定在64M，64即为我们设置的初始堆大小：

　　

　　接下来，调用接口触发Java堆OOM，同时监控tomcat日志以及“堆”监控界面。

　　tomcat日志：

　　tomcat日志中很清楚地给出提示： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space （内存溢出异常：Java堆空间）。

　　jvisualvm监控：

 　　从jvisualvm监控可以看到，不断创建对象需要更多的对空间来存储对象，当使用的堆到达设置的最大值128M的时候，就触发了OOM。同时可以看到，在堆内存占用到达设置的最大堆内存之后，内存使用量又急剧下降，这是为什么呢？这是因为当发生 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 之后，Java虚拟机会对整个Java堆进行Full GC，Full GC使得堆使用量急剧下降。

二、虚拟机栈和本地方法栈溢出

　　由于在HotSpot中不区分虚拟机栈和本地方法栈，所以对于HotSpot来说，设置 -Xoss （设置本地方法栈大小）是无效的，栈容量只由 -Xss 参数设置。栈溢出测试代码如下：

private int stackLength=1;
/**
 * 测试栈溢出
 */
private void testStackLeak(){
    try{
        stackLength++;
        testStackLeak();
    }catch (Throwable e){
        System.out.println("stackLength="+stackLength);
        e.printStackTrace();
    }
}

同时设置JVM参数： -Xss512k ，和第一步一样，调用接口后观察tomcat日志：

可以看到，tomcat日志打印出了 java.lang.StackOverflowError 的异常，并且栈的深度为2761。

接下来，将 -Xss 大小设置为1M,即设置JVM参数  -Xss1M ,调用接口后，再次观察tomcat日志：

可以看到，抛出  java.lang.StackOverflowError  异常的时候，栈的深度达到了7972。通过对比，我们可以很清楚地看到 -Xss  参数的作用：设置每个线程的栈大小，当线程请求的栈深度大于此设置的时候，就会出现 java.lang.StackOverflowError 异常。

三、方法区溢出

　　在HotSpot中，从jdk8开始，方法区的实现由永久代变更为元空间（MetaSpace），元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。理论上取决于32位/64位系统可虚拟的内存大小，但也不是无限制的，可以配置参数来进行调整。现在通过代码来进行测试分析：

　　（1）新建一个类 TestMetaSpaceClass ，注意该类不包含包名：

public class TestMetaSpaceClass {
}

　　将该类编译后的class文件放到 /mnt/class 路径下；

　　（2）测试方法中不断加载该类：

        try {
            //准备url
            URL url = new File("/mnt/class").toURI().toURL();
            URL[] urls = {url};
            //获取有关类型加载的JMX接口
            ClassLoadingMXBean loadingBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
            //用于缓存类加载器
            List<ClassLoader> classLoaders = new ArrayList<ClassLoader>();
            while (true) {
                //加载类型并缓存类加载器实例
                ClassLoader classLoader = new URLClassLoader(urls);
                classLoaders.add(classLoader);
                classLoader.loadClass("TestMetaSpaceClass");
                //显示数量信息（共加载过的类型数目，当前还有效的类型数目，已经被卸载的类型数目）
                System.out.println("total: " + loadingBean.getTotalLoadedClassCount());
                System.out.println("active: " + loadingBean.getLoadedClassCount());
                System.out.println("unloaded: " + loadingBean.getUnloadedClassCount());
            }
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }

　　设置JVM参数  -XX:MetaspaceSize=16M -XX:MaxMetaspaceSize=32M  ，调用接口后观察tomcat日志以及jvisualvm中Metaspace的变化曲线。

　　tomcat日志：

　　通过tomcat日志可以看到，抛出了 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace 的异常，此时总共加载的数目为5382

　　jvisualvm监控：

通过jvisualvm中Metaspace的监控也可以看到，随着类的加载，元空间使用量逐渐增加，当超过最大值32M的时候，发生了OOM，接下来，将JVM参数再调大一点，设置为 -XX:MetaspaceSize=16M -XX:MaxMetaspaceSize=48M ，再次调用接口测试：

tomcat日志：

 

jvisualvm监控：

 从tomcat日志和jvisualvm监控可以看出，当把参数 -XX:MaxMetaspaceSize 调大以后，可以加载更多的类。

以上分析如有错误之处，还请各位指正，谢谢！