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JVM04-JVM中內(nèi)存溢出（包括內(nèi)存泄露）以及其處理方法

文章目錄

    前言
    一些基本的設(shè)置說明
    堆內(nèi)存溢出
    Java棧內(nèi)存異常
    方法區(qū)和運(yùn)行時(shí)常量池溢出
    直接內(nèi)存溢出
    內(nèi)存泄露
        內(nèi)存泄露的定義：
        解決辦法
    內(nèi)存溢出的原因分析：
    線上內(nèi)存溢出的處理方法
    總結(jié)

前言

上一篇我們介紹了JVM03–JVM垃圾收集機(jī)制的一些基本概念，這一篇介紹一下JVM中各種內(nèi)存溢出（包括內(nèi)存泄露）及其處理方法。
本文會(huì)按照J(rèn)VM中內(nèi)存劃分來介紹各種內(nèi)存溢出的例子。
一些基本的設(shè)置說明

為了模擬出內(nèi)存溢出的效果，我們需要手動(dòng)設(shè)置內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)存大小，下面就是設(shè)置值部分設(shè)置值及其說明。
在這里插入圖片描述

一個(gè)項(xiàng)目的啟動(dòng)設(shè)置

nohup java -Xms2048m -Xmx2048m -jar api.jar --spring.profiles.active=prod > log.file 2>&1 &

堆內(nèi)存溢出

Java堆用于存儲(chǔ)對象的實(shí)例，我們只要不斷地創(chuàng)建對象，并且保證GC Roots到對象之間有可達(dá)路徑來避免垃圾回收機(jī)制清除這些對象，那么隨著對象數(shù)量的增加，總?cè)萘坑|及最大堆的容量限制后就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存溢出。Java堆內(nèi)存的OutOfMemoryError異常是實(shí)際應(yīng)用中最常見的內(nèi)存溢出異常情況。出現(xiàn)Java堆內(nèi)存溢出時(shí)，異常堆棧信息“java.lang.OutOfMemoryError”會(huì)跟隨進(jìn)一步提示“Java heap space”。下面舉個(gè)例子來模擬堆內(nèi)存溢出。這里將-Xms和-Xmx都設(shè)置成20M，保證了Java堆內(nèi)存不可擴(kuò)展。然后，通過-XX:HeapDumpPath指定dump文件的保存位置。這里通過while循環(huán)不斷的創(chuàng)建對象，然后保存到集合中。

/**

Java堆內(nèi)存異常
VM Args:
//這兩個(gè)參數(shù)保證了堆中的可分配內(nèi)存固定為20M
-Xms20m
-Xmx20m

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError //自動(dòng)生成dump文件
//文件生成的位置，作為生成在桌面的一個(gè)目錄
-XX:HeapDumpPath=D:\srv\dump
*

@author xiang.wei
@date 2020/5/27 13:35
/
public class HeapOOM {
/*
- 創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部類用于創(chuàng)建對象使用
  */
  static class OOMObject {
  }
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
//無限的創(chuàng)建對象放在堆中
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
}

下面簡單的說一下在Idea中設(shè)置應(yīng)用運(yùn)行內(nèi)存的方法，我們只需要在 Run---->Edit Configurations—>找到需要設(shè)置的主類，然后在VM options中添加

-Xms20M -Xmx20M -Xmn20M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:\srv\dump

如下圖所示：

上面程序運(yùn)行結(jié)果如下：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to D:\srv\dump\java_pid23624.hprof …
Heap dump file created [28062091 bytes in 0.143 secs]
Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at com.jay.service.HeapOOM.main(HeapOOM.java:31)
Java HotSpot? 64-Bit Server VM warning: MaxNewSize (20480k) is equal to or greater than the entire heap (20480k). A new max generation size of 19968k will be used.

我們可以看到程序生成了dump文件到指定目錄，打開jvisualvm.exe工具導(dǎo)入heapDump文件，相應(yīng)的說明如下圖所示：

一共創(chuàng)建了802858個(gè)實(shí)例，消耗了 98.9%的運(yùn)行內(nèi)存。
切換到實(shí)例數(shù)如下圖所示：
在這里插入圖片描述

如何解決堆內(nèi)存的OOM異常呢，首先需要確認(rèn)內(nèi)存中導(dǎo)致OOM的對象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出現(xiàn)了內(nèi)存泄露（Memory Leak）還是內(nèi)存溢出(Memory Overflow)。
Java棧內(nèi)存異常

說完了Java堆內(nèi)存異常，下面我們來看看Java棧內(nèi)存異常，在實(shí)際開發(fā)中發(fā)生棧內(nèi)存異常的情況比較少。Java棧內(nèi)存異常發(fā)生的兩種情況是：

如果線程請求的棧深度（棧深度：指目前虛擬機(jī)棧中沒有出棧的方法幀）大于虛擬機(jī)所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常。這種情況在遞歸的場景下可能會(huì)出現(xiàn)，如果在使用遞歸算法時(shí)沒有控制好遞歸的跳出條件，就有可能會(huì)出現(xiàn)這種情況，下面的例子就是一個(gè)沒有跳出條件的遞歸調(diào)用。根據(jù)前面說明，我們可以通過-Xss160k設(shè)置棧容量為160K。
如果虛擬機(jī)的棧內(nèi)存允許動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展容量無法申請到足夠的內(nèi)存時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。
如下這個(gè)例子：

/**

VM Args:
設(shè)置棧容量為160K，默認(rèn)1M
-Xss160k
@author xiang.wei
@date 2020/5/27 16:09
*/
public class JavaVMStackSOF {

private int stackLength = 1;

public void stackLeak() {
stackLength++;
System.out.println("*********棧的深度是:" + stackLength);
//遞歸調(diào)用
stackLeak();
}

public static void main(String[] args) throws Throwable {
JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
try {
oom.stackLeak();
} catch (Exception e) {
throw e;
}
}
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

*********棧的深度是:1287
Exception in thread “main” java.lang.StackOverflowError
at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)

可以看到，遞歸調(diào)用了1287次，棧容量不夠用了。
默認(rèn)的棧容量在正常的方法調(diào)用時(shí)，棧深度可以達(dá)到1000-2000深度，所以，一般的遞歸可以承受的住，如果代碼中出現(xiàn)了StackOverflowError，首先需要檢查代碼，看看是不是遞歸寫的不對。不能只是調(diào)參數(shù)。
當(dāng)創(chuàng)建很多線程時(shí)，容易出現(xiàn)OOM（OutOfMemoryError），這時(shí)可以通過具體情況，減少最大堆容量，或者棧容量來解決問題。
線程數(shù)(最大棧容量)+最大堆值+其他內(nèi)存（忽略不計(jì)或者一般不改動(dòng)）=機(jī)器最大內(nèi)存*
當(dāng)線程數(shù)比較多時(shí)，且無法通過業(yè)務(wù)上減少線程數(shù)，再不換機(jī)器的情況下，我們只能把最大棧容量設(shè)置小一點(diǎn)，或者把最大堆值設(shè)置小一點(diǎn)。
方法區(qū)和運(yùn)行時(shí)常量池溢出

由于運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，所以這兩個(gè)區(qū)域的溢出測試可以放在一起進(jìn)行。需要注意的是HotSpot從JDK7開始逐步“去永久代”的計(jì)劃，并在JDK8中完全使用元空間代替永久代，使用"永久代"還是"元空間"來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，對程序的影響是不同的。
元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存，因此，默認(rèn)情況下元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制，但仍可以通過參數(shù)控制：
-XX:MetaspaceSize與-XX:MaxMetaspaceSize來控制大小。
方法區(qū)溢出也是一種常見的內(nèi)存溢出異常，一個(gè)類如果要被垃圾收集器回收，要達(dá)成的條件是比較苛刻的。在經(jīng)常運(yùn)行時(shí)生成大量動(dòng)態(tài)類的應(yīng)用場景里，就應(yīng)該特別關(guān)注這些類的回收狀況，這類場景除了之前提到的程序使用了CGLib字節(jié)碼增強(qiáng)和動(dòng)態(tài)語言外，常見的還有：大量JSP或動(dòng)態(tài)產(chǎn)生JSP文件的應(yīng)用（JSP第一次運(yùn)行時(shí)需要編譯為Java類）、基于OSGI的應(yīng)用（即使是同一個(gè)類文件，被不同的加載器加載也會(huì)被視為不同的類）。
方法區(qū)的主要職責(zé)是用于存放類型的相關(guān)信息，如類名、訪問修飾符、常量池、字段描述、方法描述等。對于這部分區(qū)域的測試，基本的思路是運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的類去填滿方法區(qū)，直到溢出為止。
這是因?yàn)樵谡{(diào)用CGLib創(chuàng)建代理時(shí)會(huì)生成動(dòng)態(tài)代理類，即Class對象到Metaspace，所以while一下就出異常了。
下面這個(gè)例子就是通過設(shè)置元空間大小，然后，通過動(dòng)態(tài)代理生成大量的類，來模擬元空間內(nèi)存溢出的情況。

/**

在JDK8下測試方法區(qū)，所以設(shè)置了Metaspace的大小為固定的8M
-XX:MetaspaceSize=8m
-XX:MaxMetaspaceSize=8m
@author xiang.wei
@date 2020/5/27 17:29
*/
public class JavaMethodAreaOOM {
public static void main(String[] args) {
while (true) {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(JOOMObject.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (obj, method, objects, methodProxy) -> methodProxy.invokeSuper(obj,objects));
//無限創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理，生成class對象
enhancer.create();
}
}
static class JOOMObject{}

運(yùn)行結(jié)果：

Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
at org.springframework.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:538)
at org.springframework.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:363)

直接內(nèi)存溢出

直接內(nèi)存導(dǎo)致的內(nèi)存溢出，一個(gè)明顯的特征是在Heap Dump文件中不會(huì)看見有什么明顯的異常情況，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)存溢出之后產(chǎn)生的Dump文件很小，而程序中又直接或者間接使用了DirectMemory（典型的的間接使用就是NIO）,那就可以考慮重點(diǎn)檢查一下直接內(nèi)存方面的原因了。
直接內(nèi)存溢出的舉例;

Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError
at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)

--------------------------------------------------------------------------------------------面試總結(jié)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
內(nèi)存泄露
內(nèi)存泄露的定義：

內(nèi)存泄露是指程序在申請內(nèi)存時(shí)，無法釋放已經(jīng)申請的內(nèi)存空間，這就造成了內(nèi)存泄露，一次內(nèi)存泄露似乎不會(huì)有大的影響，但是內(nèi)存泄露堆積的后果就是內(nèi)存溢出。
解決辦法

資源性對象，使用完之后需要手動(dòng)的close，例如：輸入流InputStream等等。
集合容器中的內(nèi)存泄露，我們通常把一些對象加入到集合容器中（例如：ArrayList）中，當(dāng)我們不需要該對象時(shí)該對象時(shí)，并沒有把它的引用從集合中清理掉，這樣這個(gè)集合就會(huì)越來越大，如果這個(gè)集合是static的話，那情況就更加嚴(yán)重了，前面的HeapOOM就是這種情況，最終內(nèi)存溢出。
使用ThreaLocal時(shí)，當(dāng)Thread長時(shí)間不結(jié)束，存在大量廢棄的ThreadLocal，而又不再添加新的ThreadLocal時(shí)會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄露。

內(nèi)存溢出的原因分析：

內(nèi)存中加載的數(shù)據(jù)量過于龐大，如一次從數(shù)據(jù)庫中取出過多數(shù)據(jù)
集合中有對象的引用，使用完后未清空，產(chǎn)生了堆積，使得JVM不能回收
代碼中存在死循環(huán)或者循環(huán)產(chǎn)生過多重復(fù)的對象實(shí)體
使用的第三方的軟件的BUG。
啟動(dòng)參數(shù)內(nèi)存值設(shè)定的過小。

線上內(nèi)存溢出的處理方法

將內(nèi)存對賬的信息dump下來，使用：

jmap -dump:format=b,file=文件名 [pid]


將內(nèi)存堆棧的信息導(dǎo)入VisualVM中進(jìn)行分析。

總結(jié)

本文首先介紹了堆內(nèi)存溢出（OutOfMemoryError）發(fā)生的場景以及處理方式，OutOfMemoryError發(fā)生的場景主要就是系統(tǒng)創(chuàng)建了大量的對象，并且這些對象是有效的（即保證GC Roots到對象之間有可達(dá)路徑）。然后，介紹了棧內(nèi)存異常（StackOverflowError）的發(fā)生場景以及處理方式，StackOverflowError發(fā)生的場景主要是線程調(diào)用棧深度超過了虛擬機(jī)運(yùn)行的棧深度。最后，介紹了方法區(qū)的內(nèi)存溢出。需要注意的是JDK1.8中完全移除了永久代，取而代之的是元空間。

作者：碼農(nóng)飛哥
微信公眾號(hào)：碼農(nóng)飛哥

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