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 space

2.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 space

2. 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 thread

2.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: Metaspace

2.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 space
java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
java.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》

有道无术，术可成；有术无道，止于术

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