JVM 之 内存溢出实战【OOM? SOF? 哪些区域会溢出？堆、虚拟机栈、元空间、直接内存溢出时各自的特点？以及什么情况会导致他们溢出？并模拟溢出】

实战：OutOfMemoryError异常

除了程序计数器外，堆、虚拟机栈、元空间、直接内存都有发生OOM的可能
下面我们演示下引起各区域OOM的情况，及观察下其异常表现，进而初步总结各异常时的调优策略

JVM调优实例：

• 堆：-》OOM: Java heap space ->获取堆转储快照-》分析是溢出（调大堆）还是泄漏（优化代码），并解决
• 虚拟机栈：
  • -》SOF -》根据堆栈信息去解决；
  • -》OOM -> 线程过多 -》调小堆给虚拟机栈留出内存
• 元空间 -》OOM:Metaspace ->调整代码+调大元空间上限
• 直接内存 -》OOM,但堆转储文件很小且没异常-》调大直接内存

Java堆溢出

java堆异常一般是由于创建了太多的无法回收的对象，导致超过了堆的最大容量的。

异常处理思路

所以异常处理时的思路是：

• 1、先拿到异常的堆转储快照。
• 2、然后根据快照，判断溢出对象是否必要。
  • 如必要，则是内存溢出，看看能不能调大内存，或者调小一些不必要的对象的生命周期腾出一部分空间。
  • 如不必要，则是内存泄漏，通过GC ROOT查看对象的引用链，看看为啥没有回收，并加以解决。

模拟异常

Java堆OOM是常见情况，异常信息中会进一步提示Java heap space。
模拟代码：

/** * VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\IdeaSpeace\jvm * 限制Java堆的大小为20MB，不可扩展（将堆的最大最小值-Xmx-Xms参数设置一样）,出现内存溢出异常的时候Dump出当前的内存堆转储快照，制定存储路径 */publicclassHeapOOM{staticclassOOMObject{}publicstaticvoidmain(String[]args){List<OOMObject>list=newArrayList<OOMObject>();while(true){list.add(newOOMObject());}}}

运行结果：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space Dumping heap to D:\IdeaSpeace\jvm\java_pid8584.hprof ... Heap dump file created [27646160 bytes in 0.090 secs]

详细操作步骤

• 1、通过-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError拿到堆转储快照。
• 2、通过jprofiler工具分析堆转储快照，判断内存中导致OOM的对象是否必要？
  • 2.1、不必要 -> 内存泄漏-> 查看对象GC ROOT引用链，进而定位为何无法回收，最终找到泄漏位置加以解决
  • 2.2、必要 -> 内存溢出-> 调整堆大小、修改不合理代码。
    • 2.2.1、调整堆大小：在机器内存允许的范围内，适当调整java虚拟机(-Xmx与-Xms)堆参数
    • 2.2.2、修改不合理代码：检查代码中是否存在长生命周期的对象，不合理的存储结构设计（比如可以用long但是用map存）

虚拟机栈和本地方法栈溢出

• 1、栈深度过深（栈深度 > 虚拟机的最大深度） -》StackOverflowError异常。

注意：HotSpot虚拟机中不区分虚拟机栈和本地方法栈，所以栈容量只由-Xss设定（-Xoss参数设置本地方法栈大小不发挥作用）

• 2、创建线程数过多 -》OOM异常。

(创建线程数 * 线程栈内存) > (进程内存（操作系统限制）- 最大堆容量 - 最大方法区容量)

异常处理思路

• 1、StackOverflowError异常：根据打印出的堆栈信息去定位即可。

在使用默认-Xss参数的情况下，一般而言到达1000~2000的栈深度是完全没有问题的。（具体深度由压入的栈帧大小决定）

• 2、OOM异常：此时会提示unable to create native thread表示线程数过多，
  • 2.1、线程数异常创建 -》 优化代码，减少不必要的线程创建
  • 2.2、创建的线程均必须 -》 减少最大堆、减少栈容量，来提升创建线程数。

线程数过多引发OOM时，需反向调整堆大小，来给创建线程分配虚拟机栈提供更多可用内存。

异常代码演示

• 1、栈深度过深，引发SOF异常

  /** * VM Args：-Xss128k (使用-Xss参数减少栈内存容量) */publicclassJavaVMStackSOF{privateintstackLength=1;publicvoidstackLeak(){stackLength++;stackLeak();}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsThrowable{JavaVMStackSOFoom=newJavaVMStackSOF();try{oom.stackLeak();}catch(Throwablee){System.out.println("stack length:"+oom.stackLength);throwe;}}}

  运行结果：

  stack length:2298 Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at com.dream.my.faceTest.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11) at com.dream.my.faceTest.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12) at com.dream.my.faceTest.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12) ……后续异常堆栈信息省略

• 2、创建线程数过多，耗尽内存，引发 OOM异常：

  重点提示: 如果运行上面这段代码，记得要先保存当前的工作。 因为在Windows平台的Java的线程是映射到操作系统的内核线程上，创建过多线程可能导致操作系统假死。

  /** * VM Args：-Xss2M （这时候不妨设大些，请在32位系统下运行） */publicclassJavaVMStackOOM{privatevoiddontStop(){while(true){}}publicvoidstackLeakByThread(){while(true){Threadthread=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){dontStop();}});thread.start();}}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsThrowable{JavaVMStackOOMoom=newJavaVMStackOOM();oom.stackLeakByThread();}}

  异常关键信息：unable to create new native thread

  Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread at java.lang.Thread.start0(Native Method) at java.lang.Thread.start(Thread.java:717) at com.dream.my.faceTest.jvm.JavaVMStackOOM.stackLeakByThread(JavaVMStackOOM.java:22) at com.dream.my.faceTest.jvm.JavaVMStackOOM.main(JavaVMStackOOM.java:28)

元空间溢出

• 背景：从jdk7起，方法区就被放在堆中
• 常见问题：使用aop动态生成大量字节码（cglib）导致OOM

异常排查思路

• 1、定位到java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace即是方法区溢出。
• 2、确定是否使用了不必要的aop
• 3、如果类都是必要的，调大元空间的值-XX:MaxMetaspaceSize

# 元空间调优参数 -XX:MaxMetaspaceSize //设置元空间最大值，推荐256M~512M，超过后报OOM（-1 为不限制大小） -XX:MetaspaceSize //达到该值后，元空间进行第一次GC（GC后如仍超过，则扩容未原来的1.2倍） -XX:MinMetaspaceFreeRatio //GC后，元空间最小空闲空间比率，不够则扩容 -XX:MaxMetaspaceFreeRatio //GC后，元空间最大空闲空间比率，多了则缩容

异常演示代码(JDK8)

方法区的主要职责是用于存放类型的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。
对于这部分区域的测试，基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出为止。

/** * VM Args：-XX：MetaspaceSize=10M -XX：MaxMetaspaceSize=10M * 借助CGLib使得方法区出现内存溢出异常 */publicclassJavaMethodAreaOOM{publicstaticvoidmain(String[]args){while(true){Enhancerenhancer=newEnhancer();enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);enhancer.setUseCache(false);enhancer.setCallback(newMethodInterceptor(){publicObjectintercept(Objectobj,Methodmethod,Object[]args,MethodProxyproxy)throwsThrowable{returnproxy.invokeSuper(obj,args);}});enhancer.create();}}staticclassOOMObject{}}

运行结果：

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:756) at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source) at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498) at org.springframework.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:554) ... 7 more

本机直接内存溢出

直接内存不在jvm内存模型内，但也是有可能导致OOM.（典型的间接使用就是NIO）

异常定位排查思路

• 1、出现了OOM异常，但是Heap Dump文件很小，且期中没什么异常信息，此时就该考虑是不是直接内存溢出了。
• 2、调整直接内存大小-XX：MaxDirectMemorySize 指定直接内存大小（默认与Java堆最大值一致）

异常演示代码

/** * VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M */publicclassDirectMemoryOOM{privatestaticfinalint_1MB=1024*1024;publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{FieldunsafeField=Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];unsafeField.setAccessible(true);//分配本机内存Unsafeunsafe=(Unsafe)unsafeField.get(null);while(true){//真正申请分配内存unsafe.allocateMemory(_1MB);}}}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method) at com.dream.my.faceTest.jvm.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:23)