JVM之常见内存溢出（OutOfMemoryError）异常

​ 在《java虚拟机规范中》，除了程序计数器之外，虚拟内存的其他地方几个运行时区域都有可能发生OutOfMemoryError（OOM内存溢出）的情况.

1、java堆内存溢出

​ java堆内存使用于存储对象实例的，如果持续新建对象，切保证通过GCcRoots到这些对象一直是可达的（入下就是集合中存有对象一直不做清理，导致垃圾清理机制无法清理这些对象），当体量达到设置的堆内存大小时会造成内存泄露，-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数可以在对溢出时储存快照以方便排查。

该区域OOM异常一般会有如下错误信息：java.lang.OutofMemoryError:Java heap space

模拟代码

/**
 * vm 参数： -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class TestOOM {
    static class OOMObject{}

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<OOMObject> oomObjectArrayList = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        while (true){
            i++;
            System.out.println(i);
            oomObjectArrayList.add(new OOMObject());
        }
    }
}

2020.3及之上的idea版本这样添加vm参数

运行结果

2、虚拟机栈和本地栈溢出

​ HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，栈容量智能有-Xss参数来设定，

在《java虚拟机规范》中描述了两种异常：1、线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。

2、如果虚拟机栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足后的内存时，将抛出OutOfMemoryError异常。

模拟代码V1

/**
 * vm 参数： -Xss164k
 */
public class TestStackOverflowError {

    private int stackLength = 1;

    public void stackTest(){
        stackLength++;
        stackTest();
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStackOverflowError testStackOverflowError = new TestStackOverflowError();
        try {
            testStackOverflowError.stackTest();
        }catch (Throwable throwable){
            System.out.println("current stack length:" + testStackOverflowError.stackLength);
            throwable.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果

​ 自己无限调用自己，每调用一次，在栈空间中多产生一个栈帧，直到体量达到当前栈空间可容纳栈帧的上限

模拟代码V2

/**
 * vm 参数： -Xss164k
 */
public class TestStackOverflowError {

    private int stackLength = 1;

    public void stackTestV2(){
        //多变量为了多占用栈帧中的局部变量表，局部变量表也会占用栈深度
        double i, i1, i2, i3, i4, i5, i6, i7, i8, i9, i10, i11,
                i12, i13, i14, i15, i16, i17, i18, i19, i20, i21, i22, i23;

        long l, l1, l2, l3, l4, l5, l6, l7, l8, l9, l10, l11,
                l12, l13, l14, l15, l16, l17, l18, l19, l20, l21, l22, l23;

        stackLength++;
        stackTestV2();
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestStackOverflowError testStackOverflowError = new TestStackOverflowError();
        try {
            testStackOverflowError.stackTestV2();
        }catch (Throwable throwable){
            System.out.println("current stack length:" + testStackOverflowError.stackLength);
            throwable.printStackTrace();
        }


//        try {
//            testStackOverflowError.stackTest();
//        }catch (Throwable throwable){
//            System.out.println("current stack length:" + testStackOverflowError.stackLength);
//            throwable.printStackTrace();
//        }
    }

    public void stackTest(){
        stackLength++;
        stackTest();
    }
    
}

运行结果

3、方法区和运行时常量池溢出

方法区主要存储被虚拟机加载的类信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。理论上在JVM启动后该区域大小应该比较稳定，但是目前很多框架，比如Spring和Hibernate等在运行过程中都会动态生成类，因此也存在OOM的风险。如果该区域OOM，错误结果会包含类似下面的信息：
java.lang.OutofMemoryError: PermGen space(jdk1.7)
Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace(jdk1.8)

模拟代码

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

import java.lang.reflect.Method;
/**
 * jdk 1.7 vm 参数：-XX:PermSize=3M -XX:MaxPermSize=4M
 * jdk 1.8vm 参数:-XX:MaxMetaspaceSize=10M
 */
public class MethodOOMTest {
    static class OOMObjectV2{}

    
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        for (;;){
            i++;
            System.out.println(i);
            //使用cglib字节码技术，当需要增强的类越多时，需要越大的方法区（或者元空间）来保证动态生成的类可以载入内存。
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObjectV2.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(
                    new MethodInterceptor() {
                        @Override
                        public Object intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
                            return methodProxy.invokeSuper(o, args);
                        }
                    }
            );
            enhancer.create();
        }
    }
}
}

运行结果

4、本机直接内存溢出

​ 直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java 虚拟机规范中定义的内存区域。

模拟代码

import sun.misc.Unsafe;

import java.lang.reflect.Field;

/**
 * vm参数：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 */
public class TestLocalStack {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Field declaredField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        declaredField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe)declaredField.get(null);
        for (;;){
            //使用Unsafe直接申请内存分配
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}

运行结果

出现内存泄露问题重点排查以下几点：

1.检查对数据库查询中，是否有一次获得全部数据的查询。一般来说，如果一次取十万条记录到内存，就可能引起内存溢出。

2.检查代码中是否有死循环或递归调用。

3.检查是否有大循环重复产生新对象实体。

4.检查List、MAP等集合对象是否有使用完后，未清除的问题。List、MAP等集合对象会始终存有对对象的引用，使得这些对象不能被GC回收。