JVM探秘2--详解内存溢出OutOfMemoryError异常

JVM运行时内存被划分成多个区域，而除了程序计数器之外，其他几个区都会出现OutOfMemoryError异常，主要原因就是对应内存区域的内存不足以再分配内存，一般要么是内存泄漏了要么就是内存参数设置的过小而导致。本文就在实际操作中模拟下JVM内存模型中各个区域出现内存溢出的场景。

1.堆内存溢出

先设置JVM启动参数，设置初始化堆内存大小为 -Xms15M  -Xmx15M

 堆内存中主要存储对象实例，所以测试堆内存溢出就需要不断的创建对象实例，并且保证这些对象实例不被垃圾回收，测试代码如下

public static void main(String[] args)
    {
        heapErrorTest();
    }
    
    public static void heapErrorTest()
    {
        List<User> userList = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        try
        {
            while (true)
            {
                i++;
                System.out.println(i);
                userList.add(new User());
            }
        }
        catch (Exception e)
        {
            System.out.println("成功创建user对象个数为:"+i);
            e.printStackTrace();
        }
    }

 运行结果如下示：

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:261)
    at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
    at com.lucky.test.jvmtest.JVMTest.heapErrorTest(JVMTest.java:27)
    at com.lucky.test.jvmtest.JVMTest.main(JVMTest.java:14)

此时报了OutOfMemoryError异常，也提示了是Java堆内存空间报的，但是是无法确定是什么原因导致的，也不知道具体是什么对象导致的，测试用例比较简单，而复杂的线上环境中就很难排查，所以需要让JVM在出现内存溢出的时候Dump出当前的内存堆转储快照，当出现异常后就可以使用其他工具来进行分析。针对上例，修改启动参数，添加 -XX: +HeapDumpOnOutOfMemoryError  -XX:HeapDumpPath=C:/Users/admin/Desktop/jvmdump/heapdump.hprof

运行结果为：

 1 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 2 Dumping heap to C:/Users/admin/Desktop/jvmdump/heapdump.hprof ...
 3 Heap dump file created [24643218 bytes in 0.071 secs]
 4 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:261)
    at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
    at com.lucky.test.jvmtest.JVMTest.heapErrorTest(JVMTest.java:27)
    at com.lucky.test.jvmtest.JVMTest.main(JVMTest.java:14)

分析dump文件可以使用Eclipse的Memory Analysis插件，安装过程是打开Eclipse Help-》Eclipse Marketplace  然后搜索memory，然后直接安装即可

2.虚拟机栈内存溢出和栈溢出

虚拟机栈有栈溢出和内存溢出两种异常情况，栈溢出（StackOverFlowError）是在栈深度大于虚拟机设置的最大深度时会报出，内存溢出则会在内存不足时报出

栈溢出案例代码如下：

 public static void stackOverFlowErrorTest()
    {
        // 栈溢出栈的深度过长导致，可以用递归方法在模拟
        System.out.println("当前深度为:" + (i++));
        stackOverFlowErrorTest();
    }

运行结果为：

当前深度为:7958
当前深度为:7959
当前深度为:7960
当前深度为:7961
当前深度为:7962
当前深度为:7963
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:449)
    at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:136)
    at java.lang.StringBuilder.<init>(StringBuilder.java:113)
    at com.lucky.test.jvmtest.JVMTest.stackOverFlowErrorTest(JVMTest.java:43)
    at com.lucky.test.jvmtest.JVMTest.stackOverFlowErrorTest(JVMTest.java:44)
    at com.lucky.test.jvmtest.JVMTest.stackOverFlowErrorTest(JVMTest.java:44)

内存溢出模拟案例如下：

public static void stackOutOfMemoryTest(){
        while(true){
        new Thread(new Runnable()
        {
            
            @Override
            public void run()
            {
                dontStop();
            }
        }).start();
        }
    }
    
    public static void dontStop(){
        while(true){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }

通过不停的创建新线程，执行一个执行不完的方法，当到达一定数量时，内存就会不足以创建新线程。

结果为:   java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

4.方法区内存溢出

方法区主要存放Class信息、以及静态常量，正常情况下方法区存储的内容是很少变动的，因为都是静态的内容，所以出现方法区内存溢出的情况也很少，但是有很多主流框架如Spring、Hibernate框架会对类进行增强，通过直接操作字节码，会生成大量的动态类，这时就会有大量的动态类需要存储在方法区，如果方法区的内存不足，也会出现内存溢出的情况。先设置JVM方法区内存大小 -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M

案例代码如下：

public static void permGenErrorTest(){
        while(true){
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(User.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor()
            {
                
                @Override
                public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2, MethodProxy arg3)
                    throws Throwable
                {
                    return arg3.invokeSuper(arg0, arg2);
                }
            });
            enhancer.create();
        }
    }

最终抛出异常：Caused by:java.lang.OutOfMemoryError:PermGen Space