OOM

为什么要知道

1、内存泄露一般是代码设计存在缺陷导致的，通过了解内存泄露的场景，可以避免不必要的内存溢出和提高自己的代码编写水平；

2、通过了解内存溢出的几种常见情况，可以在出现内存溢出的时候快速的定位问题的位置，缩短解决故障的时间。

概念

  • 内存泄露

指程序中动态分配内存给一些临时对象，但是对象不会被GC所回收，它始终占用内存。即被分配的对象可达但已无用。

  • 内存溢出

指程序运行过程中无法申请到足够的内存而导致的一种错误。

内存溢出通常发生于OLD段或Perm段垃圾回收后，仍然无内存空间容纳新的Java对象的情况。

  • 二者关系

从定义上可以看出内存泄露是内存溢出的一种诱因，不是唯一因素。

比如 jvm 内存分配的太小，也可能导致溢出。

内存泄漏的几种场景

1、长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用

这是内存泄露最常见的场景，也是代码设计中经常出现的问题。

例如：在全局静态map中缓存局部变量，且没有清空操作，随着时间的推移，这个map会越来越大，造成内存泄露。

2、修改hashset中对象的参数值，且参数是计算哈希值的字段

当一个对象被存储进HashSet集合中以后，就不能修改这个对象中的那些参与计算哈希值的字段，否则对象修改后的哈希值与最初存储进HashSet集合中时的哈希值就不同了，在这种情况下，即使在 contains() 方法使用该对象的当前引用作为参数去HashSet集合中检索对象，也将返回找不到对象的结果，这也会导致无法从HashSet集合中删除当前对象，造成内存泄露。

3、机器的连接数和关闭时间设置

长时间开启非常耗费资源的连接，也会造成内存泄露。

内存溢出

在Java虚拟机规范的描述中,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异常的可能。

下面通过若干实例来验证异常发生的场景.以下代码的开头都注释了执行时所需要设置的虚拟机启动参数,这些参数对实验结果有直接影响,请调试代码的时候不要忽略掉.

堆内存溢出（outOfMemoryError：java heap space）

在jvm规范中，堆中的内存是用来生成对象实例和数组的。

如果细分，堆内存还可以分为年轻代和年老代，年轻代包括一个eden区和两个survivor区。

内存申请过程

当生成新对象时，内存的申请过程如下：

a、jvm先尝试在eden区分配新建对象所需的内存；

b、如果内存大小足够，申请结束，否则下一步；

c、jvm启动youngGC，试图将eden区中不活跃的对象释放掉，释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区；

d、Survivor区被用来作为Eden及old的中间交换区域，当OLD区空间足够时，Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区；

e、 当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行full GC；

f、full GC后，若Survivor及OLD区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域，则出现”out of memory错误”：

outOfMemoryError：java heap space
  • HeapOOM.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
 * VM Args: -Xms20m -Xms20m - XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class HeapOOM {
      static class OOMObject{}
      public static void main(String[] args) {
            List<OOMObject> list = new ArrayList<HeapOOM.OOMObject>();
            while(true ){
                list.add( new OOMObject());
            }
      }
}

虚拟机栈溢出

线程栈时线程独有的一块内存结构，所以线程栈发生问题必定是某个线程运行时产生的错误。

一般线程栈溢出是由于递归太深或方法调用层级过多导致的。

发生栈溢出的错误信息为：

java.lang.StackOverflowError
  • JavaVMStackSOF.java
/**
 * VM Args: - Xss64k
 */
public class JavaVMStackSOF {
    private int stackLength = 1;
    public void stackLeak(){
        stackLength++;
        stackLeak();
    }
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
          JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
           try{
                oom.stackLeak();
          } catch(Throwable e){
                System. out.println("Stack length:" + oom.stackLength);
                 throw e;
          }
    }
}

方法区内存溢出（outOfMemoryError：permgem space）

在jvm规范中，方法区主要存放的是类信息、常量、静态变量等。

所以如果程序加载的类过多，或者使用反射、cglib 等这种动态代理生成类的技术，就可能导致该区发生内存溢出，一般该区发生内存溢出时的错误信息为：

outOfMemoryError：permgem space
  • JavaMethodAreaOOM.java
import java.lang.reflect.Method;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
 
/**
 * VM Args:- XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=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() {
                         @Override
                         public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
                                    MethodProxy proxy) throws Throwable {
                               return proxy.invoke(obj, args);
                        }
                  });
                  enhancer.create();
            }
      }

      static class OOMObject{
      }
}

运行时常量池溢出

使用 String.intern

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * VM Args:- XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
 */
public class RuntimeConstantPoolOOM {
       public static void main(String[] args) {
            List<String> list = new ArrayList<String>();
            int i = 0;
            while (true){
                list.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
      }
}
  • 运行结果
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
      at java.lang.String.intern(   Native
 Method  )
      at RuntimeConstantPoolOOM.main(   RuntimeConstantPoolOOM.java:14   )

本机直接内存溢出

本机直接内存DirectMemory容量可以通过 -XX:MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx）一样

  • DirectMemoryOOM.java
public class DirectMemoryOOM {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}

特征

由DirectMemory导致的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常，如果发现OOM之后Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了NIO，那就可以考虑检查一下是不是这方面的原因。

最佳实践

1、尽早释放无用对象的引用

2、使用字符串处理，避免使用String，应大量使用StringBuffer，每一个String对象都得独立占用内存一块区域

3、尽量少用静态变量，因为静态变量存放在永久代（方法区），永久代基本不参与垃圾回收

4、避免在循环中创建对象

5、开启大型文件或从数据库一次拿了太多的数据很容易造成内存溢出，所以在这些地方要大概计算一下数据量的最大值是多少，并且设定所需最小及最大的内存空间值。 

参考资料

《深入理解 jvm》

Java内存溢出(OOM)异常完全指南

Java内存溢出和内存泄露

JVM—内存溢出、OutOfMemoryError、StackOverflowError

Java 内存溢出（java.lang.OutOfMemoryError）的常见情况和处理方式总结

OutOfMemoryError异常——本机直接内存溢出