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Java內(nèi)存溢出的幾個區(qū)域總結(jié)(注意避坑!)

 更新時間：2022年11月10日 10:55:35   作者：小熊學(xué)Java  
內(nèi)存溢出是指應(yīng)用系統(tǒng)中存在無法回收的內(nèi)存或使用的內(nèi)存過多,最終使得程序運行要用到的內(nèi)存大于虛擬機能提供的最大內(nèi)存,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java內(nèi)存溢出的幾個區(qū)域，總結(jié)出來給大家提醒注意避坑,需要的朋友可以參考下

前言

在開發(fā)過程中，時常會遇到內(nèi)存溢出的問題，有可能是在生產(chǎn)環(huán)境，有的就在開發(fā)中，今天就聊一聊內(nèi)存溢出。

存在內(nèi)存的區(qū)域：

  • Java堆溢出
  • 虛擬機棧和本地方法棧溢出
  • 方法區(qū)和運行時常量池溢出
  • 本機內(nèi)存溢出

1、Java堆溢出

Java堆用于儲存對象實例，我們只要不斷地創(chuàng)建對象，并且保證GC Roots到對象之間有可達路徑來避免垃圾回收機制清除這些對象，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產(chǎn)生內(nèi)存溢出異常。

1、案例創(chuàng)建

需要手動調(diào)節(jié)JVM參數(shù)，不然需要等很長時間：-Xms20m -Xmx20m

 public class JavaHeapDemo {
 
     static class OOMObject {
 
     }
     public static void main(String[] args) {
         List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
         //利用while循環(huán)不斷創(chuàng)建對象
         while (true) {
             list.add(new OOMObject());
         }
     }
 }

2、處理方法

常規(guī)的處理方法是首先通過內(nèi)存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）對Dump出來的堆轉(zhuǎn)儲快照進行分析

  1. 分清楚到底是出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏（Memory Leak）還是內(nèi)存溢出（Memory Overflow）
  2. 內(nèi)存泄漏：通過工具查看泄漏對象到GC Roots的引用鏈，找到泄漏對象是通過怎樣的引用路徑、與哪些GC Roots相關(guān)聯(lián)，才導(dǎo)致垃圾收集器無法回收它們，根據(jù)泄漏對象的類型信息以及它到GC Roots引用鏈的信息，一般可以比較準確地定位到這些對象創(chuàng)建的位置，進而找出產(chǎn)生內(nèi)存泄漏的代碼的具體位置
  3. 內(nèi)存溢出：檢查Java虛擬機的堆參數(shù)（-Xmx與-Xms）設(shè)置，與機器的內(nèi)存對比，看看是否還有向上調(diào)整的空間。再從代碼上檢查 是否存在某些對象生命周期過長、持有狀態(tài)時間過長、存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等情況，盡量減少程序運行期的內(nèi)存消耗

2、虛擬機棧和本地方法棧溢出

關(guān)于虛擬機棧和本地方法棧，在《Java虛擬機規(guī)范》中描述了兩種異常：

  • 如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常。
  • 如果虛擬機的棧內(nèi)存允許動態(tài)擴展，當擴展棧容量無法申請到足夠的內(nèi)存時，將拋出OutOfMemoryError異常

《Java虛擬機規(guī)范》明確允許Java虛擬機實現(xiàn)自行選擇是否支持棧的動態(tài)擴展，而HotSpot虛擬機的選擇是不支持擴展，所以除非在創(chuàng)建

線程申請內(nèi)存時就因無法獲得足夠內(nèi)存而出現(xiàn)OutOfMemoryError異常，否則在線程運行時是不會因為擴展而導(dǎo)致內(nèi)存溢出的，只會因為

棧容量無法容納新的棧幀而導(dǎo)致StackOverflowError異常

1、使用-Xss參數(shù)減少棧內(nèi)存容量

 public class JavaVMStackSOF {
 
     private int stackLength = 1;
 
     public void stackLength() {
         stackLength++;
         //無限遞歸
         stackLength();
     }
 
     public static void main(String[] args) {
         JavaVMStackSOF sof = new JavaVMStackSOF();
         try {
             sof.stackLength();
         } catch (Throwable e) {
             System.out.println("stack length:" + sof.stackLength);
             throw e;
         }
     }
 }

這里可以通過指定參數(shù)-Xss128k，用來測試棧溢出的情況

3、方法區(qū)和運行時常量池溢出

HotSpot從JDK 7開始逐步“去永久代”的計劃，并在JDK 8中完全使用元空間來代替永久代的背景故事，使用“永久代”還是“元空間”來

實現(xiàn)方法區(qū)，對程序有什么實際的影響。

String::intern()是一個本地方法，它的作用是如果字符串常量池中已經(jīng)包含一個等于此String對象的字符串，則返回代表池中這個字符串的

String對象的引用；否則，會將此String對象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String對象的引用。

這里測試需要JDK6：-XX:PermSize=6M -XX:MaxPermSize=6M

 public class RuntimeConstantPoolOOM {
 
     public static void main(String[] args) {
         // 使用Set保持著常量池引用，避免Full GC回收常量池行為
         Set<String> set = new HashSet<String>();
         // 在short范圍內(nèi)足以讓6MB的PermSize產(chǎn)生OOM了
         short i = 0;
         while (true) {
             set.add(String.valueOf(i++).intern());
         }
     }
 }

JDK8模擬測試

 package jdk8;
 
 import java.io.File;
 import java.lang.management.ClassLoadingMXBean;
 import java.lang.management.ManagementFactory;
 import java.net.URL;
 import java.net.URLClassLoader;
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.List;
 
 /**
  *
  * @ClassName:OOMTest
  * @Description:模擬類加載溢出（元空間oom）
  * 為了快速溢出，設(shè)置參數(shù)：-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=80m
  * @author diandian.zhang
  */
 public class OOMTest {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             //準備url
             URL url = new File("D:/58workplace/11study/src/main/java/jdk8").toURI().toURL();
             URL[] urls = {url};
             //獲取有關(guān)類型加載的JMX接口
             ClassLoadingMXBean loadingBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
             //用于緩存類加載器
             List<ClassLoader> classLoaders = new ArrayList<ClassLoader>();
             while (true) {
                 //加載類型并緩存類加載器實例
                 ClassLoader classLoader = new URLClassLoader(urls);
                 classLoaders.add(classLoader);
                 classLoader.loadClass("ClassA");
                 //顯示數(shù)量信息（共加載過的類型數(shù)目，當前還有效的類型數(shù)目，已經(jīng)被卸載的類型數(shù)目）
                 System.out.println("total: " + loadingBean.getTotalLoadedClassCount());
                 System.out.println("active: " + loadingBean.getLoadedClassCount());
                 System.out.println("unloaded: " + loadingBean.getUnloadedClassCount());
             }
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }

方法區(qū)溢出也是一種常見的內(nèi)存溢出異常，一個類如果要被垃圾收集器回收，要達成的條件是比較苛刻的。在經(jīng)常運行時生成大量動態(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)碼增強和動態(tài)語言外，常見的還有：大量JSP或動態(tài)產(chǎn)生JSP文件的應(yīng)用（JSP第一次運行時需要編譯為Java類）、基于OSGi的應(yīng)用（即使是同一個類文件，被不同的加載器加載也會視為不同的類）等。

在JDK 8以后，永久代便完全退出了歷史舞臺，元空間作為其替代者登場。在默認設(shè)置下，前面列舉的那些正常的動態(tài)創(chuàng)建新類型的測試用例已經(jīng)很難再迫使虛擬機產(chǎn)生方法區(qū)的溢出異常了。不過為了讓使用者有預(yù)防實際應(yīng)用里出現(xiàn)類似于代碼清單2-9那樣的破壞性的操作，HotSpot還是提供了一些參數(shù)作為元空間的防御措施，主要包括：

  • -XX：MaxMetaspaceSize：設(shè)置元空間最大值，默認是-1，即不限制，或者說只受限于本地內(nèi)存大小。
  • -XX：MetaspaceSize：指定元空間的初始空間大小，以字節(jié)為單位，達到該值就會觸發(fā)垃圾收集進行類型卸載，同時收集器會對該值進行調(diào)整：如果釋放了大量的空間，就適當降低該值；如果釋放了很少的空間，那么在不超過-XX：MaxMetaspaceSize（如果設(shè)置了的話）的情況下，適當提高該值。
  • -XX：MinMetaspaceFreeRatio：作用是在垃圾收集之后控制最小的元空間剩余容量的百分比，可減少因為元空間不足導(dǎo)致的垃圾收集的頻率。類似的還有-XX：Max-MetaspaceFreeRatio，用于控制最大的元空間剩余容量的百分比。

4、本機直接內(nèi)存溢出

直接內(nèi)存（Direct Memory）的容量大小可通過-XX：MaxDirectMemorySize參數(shù)來指定，如果不去指定，則默認與Java堆最大值（由-Xmx指定）一致。

JVM參數(shù)：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M

 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);
         }
     }
 }

越過了DirectByteBuffer類直接通過反射獲取Unsafe實例進行內(nèi)存分配（Unsafe類的getUnsafe()方法指定只有引導(dǎo)類加載器才會返回實

例，體現(xiàn)了設(shè)計者希望只有虛擬機標準類庫里面的類才能使用Unsafe的功能，在JDK 10時才將Unsafe的部分功能通過VarHandle開放給

外部使用），因為雖然使用DirectByteBuffer分配內(nèi)存也會拋出內(nèi)存溢出異常，但它拋出異常時并沒有真正向操作系統(tǒng)申請分配內(nèi)存，而

是通過計算得知內(nèi)存無法分配就會在代碼里手動拋出溢出異常，真正申請分配內(nèi)存的方法是Unsafe::allocateMemory()

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java內(nèi)存溢出的幾個區(qū)域的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java內(nèi)存溢出區(qū)域內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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