模拟Java内存溢出

本文通过修改虚拟机启动参数，来剖析常见的java内存溢出异常(基于jdk1.8)。

修改虚拟机启动参数

这里我们使用的是IDEA集成开发环境，选择Run/Debug Configurations

然后选择Configuration，修改VM options配置，就可以修改虚拟机启动参数了,本文的示例代码doc注释部分将会给出需要设置的虚拟机参数。

Java堆溢出

 1import java.util.ArrayList;
 2import java.util.List;
 3
 4/**
 5 * 堆溢出测试.
 6 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 7 * -XX:HeapDumpPath=/Users/lijl/Desktop
 8 *
 9 * @author jialin.li
10 * @date 2020-04-08 10:02
11 */
12public class HeapOOM {
13    public static void main(String[] args) {
14        List<HeapOOM> list = new ArrayList<>();
15
16        while (true) {
17            list.add(new HeapOOM());
18        }
19    }
20}

这里简单解释一下代码，我们通过-xms20m -Xmx20m两个参数，限制了Java堆的大小为20MB,不可扩展，后两个参数控制了当出现了OutOfMemoryError时，会Dump出当前内存的堆转储快照，并保存到指定位置中。
接下来我们可以使用jdk自带的VisualVM来打开快照文件。
命令行输入jvisualvm，点击左上角的装入，选中我们dump出来的堆快照文件。

经过重新加载的堆内存记录如下：

这里可以很直观的看出，OutOfMemoryError产生的原因，是HeapOOM这个对象导致的。
解决问题的思路是：首先我们要排除内存泄露,即我们不需要的对象没有被回收掉。我们要找到泄漏的对象是如何与GC Root进行关联的？从而准确定位出泄漏代码的位置，然后进行修改。
如果不是内存泄漏，即堆中的对象必须存活，这个时候，我们可以通过调节虚拟机的堆参数(-Xms -Xmx)，适当调大堆内存。但是在此之前，我们一定要检查一下代码是否存在优化的空间，如：是否存在某些对象的生命周期过长？是否可以使用享元模式减少对象数量？等等

虚拟机栈溢出

 1/**
 2 * 栈溢出测试.
 3 * VM Args: Xss128k
 4 *
 5 * @author jialin.li
 6 * @date 2020-04-08 10:02
 7 */
 8public class StackSOF {
 9
10    private static int stackLength = 1;
11
12    public static void main(String[] args) {
13        stackLeak();
14    }
15
16    private static void stackLeak(){
17        try{
18            stackLength++;
19            stackLeak();
20        }catch (StackOverflowError e){
21            System.out.println("stack Length:" +stackLength);
22            e.printStackTrace();
23        }
24    }
25}

StackOverflowError属于比较好排查的一种错误，有错误栈可以阅读，大部分出现这种错误，都是递归程序书写的问题，没有弄清楚什么时候需要return;结束递归。

这里有一个有趣的现象，操作系统给每个进程分配的内存是有限的，在多线程的场景下，如果每个线程分配的栈内存过大，就会导致OOM，这个时候可以适当减少每个线程的栈内存，来解决溢出问题(这可能不是最好的办法，只是因为这是一种比较不符合直觉的解决问题方式，所以这里单独说一下)。

方法区溢出

方法区用来存放Class相关的信息，比如类名、访问修饰符、常量池、字段描述等等。我们可以用运行时产生的大量的类填满方法区，这里我们使用了gclib来操作字节码，maven坐标如下:

1<!-- cglib -->
2<dependency>
3    <groupId>cglib</groupId>
4    <artifactId>cglib</artifactId>
5    <version>2.2.2</version>
6</dependency>

代码：

 1import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
 2import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
 3
 4/**
 5 * 方法区溢出测试.
 6 * VM Args: -XX:PermSize=10k -XX:MaxPermSize=10k
 7 *
 8 * @author jialin.li
 9 * @date 2020-04-08 14:18
10 */
11public class JavaMethodAreaOOM {
12    public static void main(String[] args) {
13        while (true){
14            Enhancer enhancer = new Enhancer();
15            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
16            enhancer.setUseCache(false);
17            enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (o, method, objects, methodProxy) -> methodProxy.invokeSuper(o, args));
18        }
19    }
20
21    static class OOMObject{
22
23    }
24}

如果你用的也是和我一样的jdk1.8，此时我们将没有办法得到OOM，因为在jdk1.8之后，PermGen已经被移除了，所以永久代的参数也被一同移除。方法区的静态变量和常量池并入堆中，而类的元信息放到元空间中，元空间是一块本地内存，所以它的最大可分配空间就是系统内存的最大可用空间。
我们可以将参数改为：VM Args: -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m,再执行上述代码，发现即使在设置了元空间大小的情况下，仍然不会触发OOM，可见元空间可以有效解决方法区OOM问题(会触发元空间的垃圾回收策略)。

本机直接内存溢出

这种情况发生的比较少，直接内存的容量，我们可以通过-XX:MaxDirectMemorySize来指定，如果不指定，默认与堆的最大值一样。我们可以通过Unsafe提供的方法申请本地内存分配。

 1import sun.misc.Unsafe;
 2import java.lang.reflect.Field;
 3
 4/**
 5 * 本机内存溢出.
 6 * VM Args: -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 7 *
 8 * @author jialin.li
 9 * @date 2020-04-08 15:53
10 */
11public class DirectMemoryOOM {
12    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
13
14    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
15        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
16        unsafeField.setAccessible(true);
17        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
18        while (true) {
19            unsafe.allocateMemory(_1MB);
20        }
21    }
22}

如果你是IDE集成开发环境，可能会因为内存不足结束执行程序。

1Process finished with exit code 137

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