Java 常見內存溢出異常與 代碼實現

Java 堆 OutOfMemoryError

Java 堆是用來存儲對象實例的, 因此如果我們不斷地創建對象, 並且保證 GC Root 和創建的對象之間有可達路徑以免對象被垃圾回收, 那麼當創建的對象過多時, 會導致 heap 內存不足, 進而引發 OutOfMemoryError 異常.

/**

* @author xiongyongshun

* VM Args: java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

*/

public class OutOfMemoryErrorTest {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList();

int i = 0;

while (true) {

list.add(i++);

}

}

}

上面是一個引發 OutOfMemoryError 異常的代碼, 我們可以看到, 它就是通過不斷地創建對象, 並將對象保存在 list 中防止其被垃圾回收, 因此當對象過多時, 就會使堆內存溢出。

通過 java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 我們設置了堆內存為 10 兆, 並且使用參數 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 讓 JVM 在發生 OutOfMemoryError 異常時列印出當前的內存快照以便於後續分析.

編譯運行上述代碼後, 會有如下輸出:

>>> java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError com.test.OutOfMemoryErrorTest 16-10-02 23:35

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

Dumping heap to java_pid1810.hprof ...

Heap dump file created [{} bytes in 0.125 secs]

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)

at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)

at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)

at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)

at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)

at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)

at com.test.OutOfMemoryErrorTest.main(OutOfMemoryErrorTest.java:15)

Java 棧 StackOverflowError

我們知道, JVM 的運行時數據區中有一個叫做 虛擬機棧 的內存區域, 此區域的作用是: 每個方法在執行時都會創建一個棧幀, 用於存儲局部變數表, 操作數棧, 方法出口等信息.

因此我們可以創建一個無限遞歸的遞歸調用, 當遞歸深度過大時, 就會耗盡棧空間, 進而導致了 StackOverflowError 異常.

下面是具體的代碼:

/**

* @author xiongyongshun

* VM Args: java -Xss64k

*/

public class OutOfMemoryErrorTest {

public static void main(String[] args) {

stackOutOfMemoryError(1);

}

public static void stackOutOfMemoryError(int depth) {

depth++;

stackOutOfMemoryError(depth);

}

}

當編譯運行上述的代碼後, 會輸出如下異常信息:

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

at com.test.OutOfMemoryErrorTest.stackOutOfMemoryError(OutOfMemoryErrorTest.java:27)

方法區內存溢出

注意

, 因為 JDK8 已經移除了永久代, 取而代之的是 metaspace, 因此在 JDK8 中, 下面兩個例子都不會導致 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 異常.

運行時常量池溢出

在 Java 1.6 以及之前的 HotSpot JVM 版本時, 有永久代的概念, 即 GC 的分代收集機制是擴展至方法區的. 在方法區中, 有一部分內存是用於存儲常量池, 因此如果代碼中常量過多時, 就會耗盡常量池內存, 進而導致內存溢出.那麼如何添加大量的常量到常量池呢? 這時就需要依靠 String.intern() 方法了. String.intern() 方法的作用是: 若此 String 的值在常量池中已存在, 則這個方法返回常量池中對應字元串的引用; 反之將此 String 所包含的值添加到常量池中, 並返回此 String 對象的引用. 在 JDK 1.6 以及之前的版本中, 常量池分配在永久代中, 因此我們可以通過設置參數 「-XX:PermSize」 和 「-XX:MaxPermSize」 來間接限制常量池的大小.

注意

, 上面所說的 String.intern() 方法和常量池的內存分布僅僅針對於 JDK 1.6 及之前的版本, 在 JDK 1.7 或以上的版本中, 由於去除了永久代的概念, 因此內存布局稍有不同.

下面是實現常量池內存溢出的代碼例子:

/**

* @author xiongyongshun

* VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M

*/

public class RuntimeConstantPoolOOMTest {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList();

int i = 0;

while (true) {

list.add(String.valueOf(i++).intern());

}

}

}

我們看到, 這個例子中, 正是使用了 String.intern() 方法, 向常量池中添加了大量的字元串常量, 因而導致了常量池的內存溢出.

我們通過 JDK1.6 編譯並運行上面的代碼, 會有如下輸出:

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

at java.lang.String.intern(Native Method)

at com.test.RuntimeConstantPoolOOMTest.main(RuntimeConstantPoolOOMTest.java:16)

需要注意的是

, 如果通過 JDK1.8 來編譯運行上面代碼的話, 會有如下警告, 並且不會產生任何的異常:

>>> java -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M com.test.RuntimeConstantPoolOOMTest 16-10-03 0:23

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option PermSize=10M; support was removed in 8.0

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option MaxPermSize=10M; support was removed in 8.0

方法區的內存溢出

方法區作用是存放 Class 的相關信息, 例如類名, 類訪問修飾符, 欄位描述, 方法描述等. 因此如果方法區過小, 而載入的類過多, 就會造成方法區的內存溢出.

//VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M

public class MethodAreaOOMTest {

public static void main(String[] args) {

while (true) {

Enhancer enhancer = new Enhancer();

enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOMTest.class);

enhancer.setUseCache(false);

enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {

public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {

return methodProxy.invokeSuper(o, objects);

}

});

enhancer.create();

}

}

}

上面的代碼中, 我們藉助 CGlib 來動態地生成大量的類, 在 JDK6 下, 運行上面的代碼會產生 OutOfMemoryError: PermGen space 異常:

/System/Library/Frameworks/JavaVM.framework/Versions/1.6/Home/bin/java -jar -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M target/Test-1.0-SNAPSHOT.jar

輸出結果如下:

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)

at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:637)

at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:621)

... 11 more

MetaSpace 內存溢出

在 方法區的內存溢出 內存溢出一節中, 我們提到, JDK8 沒有了永久代的概念, 因此那兩個例子在 JDK8 下沒有實現預期的效果. 那麼在 JDK8 下, 是否有類似方法區內存溢出之類的錯誤呢? 當然有的. 在 JDK8 中, 使用了 MetaSpace 的區域來存放 Class 的相關信息, 因此當 MetaSpace 內存空間不足時, 會拋出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace 異常.

我們還是以上面提到的例子為例:

//VM Args: -XX:MaxMetaspaceSize=10M

public class MethodAreaOOMTest {

public static void main(String[] args) {

while (true) {

Enhancer enhancer = new Enhancer();

enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOMTest.class);

enhancer.setUseCache(false);

enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {

public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {

return methodProxy.invokeSuper(o, objects);

}

});

enhancer.create();

}

}

}

此例子的代碼部分沒有改動, 唯一的區別是我們需要使用 JDK8 來運行這段代碼, 並且設著參數 -XX:MaxMetaspaceSize=10M, 這個參數告訴 JVM Metaspace 的最大大小是 10M.

接著我們使用 JDK8 來編譯運行這個例子, 輸出如下異常:

>>> java -jar -XX:MaxMetaspaceSize=10M target/Test-1.0-SNAPSHOT.jar

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

at com.test.MethodAreaOOMTest.main(MethodAreaOOMTest.java:22)

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