深入理解Java虚拟机（三）：实战OutOfMemoryError异常

╰半橙微兮° 2023-02-11 08:51 10阅读 0赞

#### 引言 ####

在系列文章的第一篇中，我们就了解到，除了程序计数器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有发生OutOfMemoryError（下文称OOM）异常的可能。本篇博客将通过代码示例来再现异常情景，最后也会总结若干最基本的与自动内存管理子系统相关的HotSpot虚拟机参数。

#### 异常场景 ####

首先，我们可以在开发工具中设置一些JVM运行参数，如最大堆、最小堆等，这对示例代码的结果会有直接影响。以IDEA开发工具来说，我们在Edit Configurations对话框中的VM Options一项中进行设置，如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMwMzQyMjM_size_16_color_FFFFFF_t_70]

##### 1. Java堆溢出 #####

Java堆用于储存对象实例，我们只要不断地创建对象，并且保证GC Roots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，那么随着对象数量的增加，总容量触及最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

###### 示例代码： ######

/**
     * VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
     * @Description : java堆溢出
     * @Author : huzhiting
     * @Date: 2020-06-04 16:59
     */
    public class HeapOOM {
    
        private static class OOMObject{}
    
        public static void main(String[] args) {
            List<OOMObject> list = new ArrayList<>();
            while (true){
                list.add(new OOMObject());
            }
        }
    }

###### 运行结果： ######

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMwMzQyMjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

##### 2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出 #####

由于HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此对于HotSpot来说，-Xoss参数（设置本地方法栈大小）虽然存在，但实际上是没有任何效果的，栈容量只能由-Xss参数来设定。

回顾一下可能发生的两种异常情况：

（1）如果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）如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，将抛出OutOfMemoryError异常。

而HotSpot虚拟机的选择是不支持扩展，所以除非在创建线程申请内存时就因无法获得足够内存而出现OutOfMemoryError异常，否则在线程运行时是不会因为扩展而导致内存溢出的。

###### 示例代码： ######

/**
     * VM Args：-Xss128K
     * @Description : java栈溢出
     * @Author : huzhiting
     * @Date: 2020-06-04 17:48
     */
    public class JavaVMStackSOF {
    
        private int stackLength=1;
    
        public void stackLeak(){
            stackLength++;
            stackLeak();
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
            try {
                oom.stackLeak();
            } catch (Throwable e) {
                System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
                throw e;
            }
        }
    }

###### 运行结果： ######

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMwMzQyMjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

##### 3. 方法区和运行时常量池溢出 #####

String::intern()是一个本地方法，它的作用是如果字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象的引用；否则，会将此String对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String对象的引用。

在JDK 6或更早之前的HotSpot虚拟机中，常量池都是分配在永久代中，我们可以通过-XX：PermSize和-XX：MaxPermSize限制永久代的大小，即可间接限制其中常量池的容量。

###### 示例代码： ######

/**
     * VM args: -XX:PermSize=6M -XX:MaxPermSize=6M
     * @Description : 运行时常量池溢出
     * @Author : huzhiting
     * @Date: 2020-06-04 18:16
     */
    public class RuntimeConstantPoolOOM {
        public static void main(String[] args) {
            Set<String> set = new HashSet<>();
            short i =0;
            while (true){
                set.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
        }
    }

###### 运行结果： ######

![在这里插入图片描述][20200522182241591.png]  
从运行结果中可以看到，运行时常量池溢出时，在OutOfMemoryError异常后面跟随的提示信息是“PermGen space”，说明运行时常量池的确是属于方法区（即JDK 6的HotSpot虚拟机中的永久代）的一部分。

而使用JDK 7或更高版本的JDK来运行这段程序并不会得到相同的结果，无论是在JDK 7中继续使用-XX：MaxPermSize参数或者在JDK 8及以上版本使用-XX：MaxMeta-spaceSize参数把方法区容量同样限制在6MB，也都不会重现JDK 6中的溢出异常。

出现这种变化，是因为自JDK 7起，原本存放在永久代的字符串常量池被移至Java堆之中。这时候使用-Xmx参数限制最大堆到6MB就能够看到以下运行结果：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTMwMzQyMjM_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
在JDK 8以后，永久代便完全退出了历史舞台，元空间作为其替代者登场。所以在默认设置下，虚拟机很难产生方法区溢出的异常现象，这里就不再用代码进行测试了。

为了避免一些破坏性操作，HotSpot提供了一些参数作为元空间的防御措施，主要包括：

*  \-XX:MaxMetaspaceSize：设置元空间最大值，默认是-1，即不限制，或者说只受限于本地内存大小。
 *  \-XX:MetaspaceSize：指定元空间的初始空间大小，以字节为单位，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时收集器会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过-XX：MaxMetaspaceSize（如果设置了的话）的情况下，适当提高该值。
 *  \-XX:MinMetaspaceFreeRatio：作用是在垃圾收集之后控制最小的元空间剩余容量的百分比，可减少因为元空间不足导致的垃圾收集的频率。类似的还有-XX：Max-MetaspaceFreeRatio，用于控制最大的元空间剩余容量的百分比。

##### 4. 本机直接内存溢出 #####

直接内存（Direct Memory）的容量大小可通过-XX：MaxDirectMemorySize参数来指定，如果不去指定，则默认与Java堆最大值（由-Xmx指定）一致。

溢出运行结果如下：  
![在这里插入图片描述][20200522185126540.png]

#### 总结 ####

在有了一定工作经验的基础上，相信本篇博客的核心OutOfMemoryError也是不少人都遇到过的。

线上如果出现此类问题，一定是划定为线上事故了。所以，作为一名有经验的开发者，在遇到该类问题如何快速定位问题，如何性能调优等等，都是必须要掌握的。

本文只是通过一些示例代码列举异常现象，后续还会针对JVM参数及问题排查过程进行单独总结，持续学习中…

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