快捷導(dǎo)航

JAVA?OOM內(nèi)存溢出問(wèn)題深入解析

更新時(shí)間：2023年10月07日 15:53:46 作者：兩年

這篇文章主要為大家介紹了JAVA?OOM內(nèi)存溢出問(wèn)題深入解析,在生產(chǎn)環(huán)境搶修中,我們經(jīng)常會(huì)碰到應(yīng)用系統(tǒng)java內(nèi)存OOM的情況,這個(gè)問(wèn)題非常常見(jiàn),今天我們就這個(gè)問(wèn)題來(lái)深入學(xué)習(xí)探討一下

JAVA內(nèi)存OOM溢出的幾種常見(jiàn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景

當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)遇到莫種場(chǎng)景時(shí)就會(huì)觸發(fā)OOM內(nèi)存溢出，導(dǎo)致系統(tǒng)不可用。常見(jiàn)的場(chǎng)景如：

秒殺活動(dòng)：當(dāng)大量的請(qǐng)求進(jìn)來(lái)的時(shí)候,導(dǎo)致系統(tǒng)瞬間創(chuàng)建大量的內(nèi)存對(duì)象，如果內(nèi)存對(duì)象都是大對(duì)象而且不能及時(shí)釋放，就會(huì)撐爆內(nèi)存
特殊業(yè)務(wù)場(chǎng)景：如獲取報(bào)表數(shù)據(jù)，報(bào)表信息需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)大量的數(shù)據(jù)到內(nèi)存中進(jìn)行處理，如果對(duì)數(shù)據(jù)沒(méi)有控制的話(huà)，就會(huì)撐爆內(nèi)存
內(nèi)存空間分配過(guò)小：如tomcat類(lèi)的web容器分配的java內(nèi)存空間過(guò)小，當(dāng)過(guò)多的線(xiàn)程創(chuàng)建的對(duì)象直接把內(nèi)存用完
創(chuàng)建的類(lèi)過(guò)多，導(dǎo)致永久代或者元空間被消耗光

JAVA內(nèi)存結(jié)構(gòu)原理

類(lèi)的加載

編寫(xiě)好的java文件通過(guò)IDE編譯，變成.class二進(jìn)制字節(jié)文件
該字節(jié)文件加載進(jìn)類(lèi)加載器

詳細(xì)過(guò)程如下，java程序運(yùn)行時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)單獨(dú)劃分出一塊內(nèi)存區(qū)域，我們需要特別關(guān)注堆和棧這兩塊區(qū)域，生產(chǎn)搶修頻繁出問(wèn)題的也是這兩個(gè)區(qū)域。（堆負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，棧則負(fù)責(zé)程序運(yùn)行）

JAVA 堆

Java 堆區(qū)還可以劃分為新生代和老年代，新生代又可以進(jìn)一步劃分為 Eden 區(qū)、Survivor 1 區(qū)、Survivor 2 區(qū)。

該區(qū)域的主要特點(diǎn)：

該區(qū)域是程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，主要負(fù)責(zé)存放new對(duì)象，但不存放數(shù)據(jù)類(lèi)型和對(duì)象引用
該區(qū)域是垃圾回收的主要工作區(qū)域

JAVA棧

存放基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）以及對(duì)象的引用（它可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?，也可能指向一個(gè)代表對(duì)象的句柄或者其他與此對(duì)象相關(guān)的位置）。

這個(gè)區(qū)域可能有兩種異常：如果線(xiàn)程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出 StackOverflowError 異常；如果虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)，當(dāng)擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出 OutOfMemoryError異常。

設(shè)計(jì)程序演示內(nèi)存溢出現(xiàn)象

為了更好的理解程序是如何運(yùn)行，并導(dǎo)致JAVA內(nèi)存溢出的，我設(shè)計(jì)了四個(gè)場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行模擬演示

棧溢出(StackOverflowError)
堆溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)
永久代溢出 java8之前版本(OutOfMemoryError: PermGen space)。java8之后（包含）版本(OutOfMemoryError: PermGen space)
直接內(nèi)存溢出

棧溢出(StackOverflowError)

線(xiàn)程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出 StackOverflowError 異常

/**
 * 棧溢出
 */
public class Stack {
    public static void main(String[] args) {
        new Stack().test();
    }
    public void test() {
        test();
    }
}

棧深度被消耗殆盡拋出異常

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at Stack.test(Stack.java:11)
at Stack.test(Stack.java:11)
at Stack.test(Stack.java:11)

堆溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)

通過(guò)不斷的往數(shù)組列表中存放大對(duì)象，最終把內(nèi)存資源消耗殆盡

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class HeapOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        try {
            while (true) {
                // 分配大量的內(nèi)存，每次分配1MB的字節(jié)數(shù)組
                byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 1MB
                list.add(data);
            }
        } catch (OutOfMemoryError e) {
            System.out.println("發(fā)生堆溢出錯(cuò)誤：Java heap space");
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

拋出異常

發(fā)生堆溢出錯(cuò)誤：Java heap space
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at HeapOOMTest.main(HeapOOMTest.java:11)

永久代溢出 java8之前版本(OutOfMemoryError: PermGen space)。java8之后（包含）版本(OutOfMemoryError: Metaspace)

java1.8之后就舍棄了永久代，取而代之的是元空間。我的環(huán)境是jdk1.8，所以只能演示元空間的報(bào)錯(cuò)。

這段Java代碼演示了如何在Java程序中觸發(fā)"OutOfMemoryError: Metaspace"錯(cuò)誤。它通過(guò)不斷生成新的類(lèi)、加載這些類(lèi)并將其加入到列表中，最終導(dǎo)致"Metaspace"區(qū)域的內(nèi)存耗盡。

具體流程如下：

在main方法中，通過(guò)ArrayList創(chuàng)建一個(gè)classes列表，用于存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)生成的類(lèi)。
在while(true)循環(huán)中，程序不斷執(zhí)行以下操作：
- 生成一個(gè)唯一的類(lèi)名（"DynamicClass" + 當(dāng)前納秒時(shí)間戳）。
- 使用generateClassBytes方法生成類(lèi)的字節(jié)碼。
- 將生成的字節(jié)碼寫(xiě)入到以類(lèi)名命名的文件中。
- 使用自定義的CustomClassLoader類(lèi)加載器加載這個(gè)類(lèi)。
- 將加載后的類(lèi)對(duì)象添加到classes列表中。
- 可選地，刪除已經(jīng)加載的類(lèi)文件，釋放磁盤(pán)空間。
當(dāng)"Metaspace"區(qū)域的內(nèi)存耗盡時(shí)，會(huì)拋出"OutOfMemoryError: Metaspace"異常，程序捕獲并打印異常信息。

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.nio.file.*;
import java.io.IOException;
public class PermGenOutOfMemory {
    public static void main(String[] args) {
        List<Class<?>> classes = new ArrayList<>();
        try {
            while (true) {
                // Generate a unique class name and bytecode
                String className = "DynamicClass" + System.nanoTime();
                byte[] classData = generateClassBytes(className);
                // Define the class by writing it to a file and loading it
                Path classFilePath = Paths.get(className + ".class");
                Files.write(classFilePath, classData);
                Class<?> clazz = loadClass(className, classFilePath);
                classes.add(clazz);
                // Optional: Delete the class file after loading
                Files.delete(classFilePath);
            }
        } catch (OutOfMemoryError | IOException e) {
            System.out.println("OutOfMemoryError: Metaspace");
            e.printStackTrace();
        }
    }
    static byte[] generateClassBytes(String className) {
        // Replace this with your own class bytecode generation logic
        // You can use libraries like ASM for bytecode generation
        // For simplicity, let's just create a class with a single method
        String classContent = "public class " + className + " { public void doSomething() { System.out.println(\"Hello from " + className + "\"); } }";
        return classContent.getBytes();
    }
    static Class<?> loadClass(String className, Path classFilePath) throws IOException {
        // Load the class from the file into the Metaspace
        byte[] classData = Files.readAllBytes(classFilePath);
        return new CustomClassLoader().loadClass(className, classData);
    }
    static class CustomClassLoader extends ClassLoader {
        public Class<?> loadClass(String name, byte[] classData) {
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        }
    }
}

直接內(nèi)存溢出

分配 1MB 的直接內(nèi)存并將其累加到 allocatedMemory 中，使用 unsafe.allocateMemory(memory) 分配直接內(nèi)存。

如果在分配直接內(nèi)存時(shí)發(fā)生異常，則會(huì)捕獲異常并打印異常堆棧信息。

import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;
public class DirectMemoryOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        long allocatedMemory = 0;
        Unsafe unsafe = null;
        try {
            Field field = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
            field.setAccessible(true);
            unsafe = (Unsafe) field.get(null);
            while (true) {
                long memory = 1024 * 1024;
                allocatedMemory += memory;
                unsafe.allocateMemory(memory);
                i++;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
         } 
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
at DirectMemoryOOMTest.main(DirectMemoryOOMTest.java:19)
PS D:\java>