Java程序员必备：常见OOM异常分析
前言
放假这几天，温习了深入理解Java虚拟机的第二章， 整理了JVM发生OOM异常的几种情况，并分析原因以及解决方案，希望对大家有帮助。
Java 堆溢出
Java堆用于存储对象实例，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，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。
Java 堆溢出原因
- 无法在 Java 堆中分配对象
- 应用程序保存了无法被GC回收的对象。
- 应用程序过度使用 finalizer。
Java 堆溢出排查解决思路
1.查找关键报错信息，如
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space2.使用内存映像分析工具（如Eclipsc Memory Analyzer或者Jprofiler）对Dump出来的堆储存快照进行分析，分析清楚是内存泄漏还是内存溢出。
3.如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链，修复应用程序中的内存泄漏。
4.如果不存在泄漏，先检查代码是否有死循环，递归等，再考虑用 -Xmx 增加堆大小。
demo代码
package oom;
import java.util.ArrayList;import java.util.List;
/** * JVM配置参数 * -Xms20m JVM初始分配的内存20m * -Xmx20m JVM最大可用内存为20m * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 当JVM发生OOM时，自动生成DUMP文件 * -XX:HeapDumpPath=/Users/weihuaxiao/Desktop/dump/ 生成DUMP文件的路径 */public class HeapOOM { static class OOMObject { } public static void main(String[] args) { List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>(); //在堆中无限创建对象 while (true) { list.add(new OOMObject()); } }}运行结果
按照前面的排查解决方案，我们来一波分析。
1.查找报错关键信息
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space2. 使用内存映像分析工具Jprofiler分析产生的堆储存快照
由图可得，OOMObject这个类创建了810326个实例，是属于内存溢出，这时候先定位到对应代码，发现死循环导致的，修复即可。
栈溢出
关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机规范中描述了两种异常：
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError 异常；
- 如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。
栈溢出原因
- 在单个线程下，栈帧太大，或者虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出StackOverflowError 异常。
- 不断地建立线程的方式会导致内存溢出。
栈溢出排查解决思路
- 查找关键报错信息，确定是StackOverflowError还是OutOfMemoryError
- 如果是StackOverflowError，检查代码是否递归调用方法等
- 如果是OutOfMemoryError，检查是否有死循环创建线程等，通过-Xss降低的每个线程栈大小的容量
demo代码
package oom;
/** * -Xss2M */public class JavaVMStackOOM { private void dontStop(){ while(true){
} } public void stackLeakByThread(){ while(true){ Thread thread = new Thread(new Runnable(){ public void run() { dontStop(); } }); thread.start();} } public static void main(String[] args) { JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM(); oom.stackLeakByThread(); }}运行结果
1.查找报错关键信息
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread2.确定是创建线程导致的栈溢出OOM
Thread thread = new Thread(new Runnable(){ public void run() { dontStop(); } });3.排查代码，确定是否显示使用死循环创建线程，或者隐式调用第三方接口创建线程（之前公司，调用腾讯云第三方接口，上传图片，遇到这个问题）
方法区溢出
方法区，（又叫永久代，JDK8后，元空间替换了永久代），用于存放Class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。运行时产生大量的类，会填满方法区，造成溢出。
方法区溢出原因
- 使用CGLib生成了大量的代理类，导致方法区被撑爆
- 在Java7之前，频繁的错误使用String.intern方法
- 大量jsp和动态产生jsp
- 应用长时间运行，没有重启
方法区溢出排查解决思路
- 检查是否永久代空间设置得过小
- 检查代码是否频繁错误得使用String.intern方法
- 检查是否跟jsp有关。
- 检查是否使用CGLib生成了大量的代理类
- 重启大法，重启JVM
demo代码
package oom;
import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;
/** * jdk8以上的话， * 虚拟机参数：-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M */public class JavaMethodAreaOOM { public static void main(String[] args) { while (true) { Enhancer enhancer = new Enhancer(); enhancer.setSuperclass(OOMObject.class); enhancer.setUseCache(false); enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { return proxy.invokeSuper(obj, args); } }); enhancer.create(); } } static class OOMObject { }}运行结果
1.查找报错关键信息
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace2.检查JVM元空间设置参数是否过小
-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M 3. 检查对应代码,是否使用CGLib生成了大量的代理类
while (true) { ... enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { return proxy.invokeSuper(obj, args); } }); enhancer.create(); }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。但是，这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OOM。
在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类，它可以使用 native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。
直接内存溢出原因
- 本机直接内存的分配虽然不会受到Java 堆大小的限制，但是受到本机总内存大小限制。
- 直接内存由 -XX:MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）一样。
- NIO程序中，使用ByteBuffer.allocteDirect(capability)分配的是直接内存，可能导致直接内存溢出。
直接内存溢出
- 检查代码是否恰当
- 检查JVM参数-Xmx，-XX:MaxDirectMemorySize 是否合理。
demo代码
package oom;
import java.nio.ByteBuffer;import java.util.concurrent.TimeUnit;
/** * -Xmx256m -XX:MaxDirectMemorySize=100M */public class DirectByteBufferTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException{ //分配128MB直接内存 ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);
TimeUnit.SECONDS.sleep(10); System.out.println("ok"); }}运行结果
ByteBuffer分配128MB直接内存，而JVM参数-XX:MaxDirectMemorySize=100M指定最大是100M，因此发生直接内存溢出。
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);GC overhead limit exceeded
- 这个是JDK6新加的错误类型，一般都是堆太小导致的。
- Sun 官方对此的定义：超过98%的时间用来做GC并且回收了不到2%的堆内存时会抛出此异常。
解决方案
- 检查项目中是否有大量的死循环或有使用大内存的代码，优化代码。
- 检查JVM参数-Xmx -Xms是否合理
- dump内存，检查是否存在内存泄露，如果没有，加大内存。
demo代码
package oom;
import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;
/** * JVm参数 -Xmx8m -Xms8m */public class GCoverheadTest { public static void main(String[] args) { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10); for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) { executor.execute(() -> { try { Thread.sleep(10000); } catch (InterruptedException e) { //do nothing } }); } }}运行结果
实例代码使用了newFixedThreadPool线程池，它使用了无界队列，无限循环执行任务，会导致内存飙升。因为设置了堆比较小，所以出现此类型OOM。
总结
本文介绍了以下几种常见OOM异常
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spacejava.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native threadjava.lang.OutOfMemoryError: Metaspacejava.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memoryjava.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded希望大家遇到OOM异常时，对症下药，顺利解决问题。同时，如果有哪里写得不对，欢迎指出，感激不尽。
参考与感谢
- JVM系列之实战内存溢出异常
- JVM 发生 OOM 的 8 种原因、及解决办法
- NIO-直接内存
- 《深入理解Java虚拟机》
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觉得写得好的小伙伴给个点赞+关注啦，谢谢~