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在《Java虚拟机规范》的规定里,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。

本篇主要包括如下 OOM 的介绍和示例:

  • java.lang.StackOverflowError
  • java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  • java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
  • java.lang.OutOfMemoryError-->Metaspace
  • java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
  • java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
  • java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
  • java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
  • java.lang.OutOfMemoryError: Out of swap space
  • java.lang.OutOfMemoryError:Kill process or sacrifice child

我们常说的 OOM 异常,其实是 Error

一. StackOverflowError

1.1 写个 bug

public class StackOverflowErrorDemo {

    public static void main(String[] args) {
javaKeeper();
} private static void javaKeeper() {
javaKeeper();
}
}

上一篇详细的介绍过JVM 运行时数据区,JVM 虚拟机栈是有深度的,在执行方法的时候会伴随着入栈和出栈,上边的方法可以看到,main 方法执行后不停的递归,迟早把栈撑爆了

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at oom.StackOverflowErrorDemo.javaKeeper(StackOverflowErrorDemo.java:15)

1.2 原因分析

  • 无限递归循环调用(最常见原因),要时刻注意代码中是否有了循环调用方法而无法退出的情况
  • 执行了大量方法,导致线程栈空间耗尽
  • 方法内声明了海量的局部变量
  • native 代码有栈上分配的逻辑,并且要求的内存还不小,比如 java.net.SocketInputStream.read0 会在栈上要求分配一个 64KB 的缓存(64位 Linux)

1.3 解决方案

  • 修复引发无限递归调用的异常代码, 通过程序抛出的异常堆栈,找出不断重复的代码行,按图索骥,修复无限递归 Bug
  • 排查是否存在类之间的循环依赖(当两个对象相互引用,在调用toString方法时也会产生这个异常)
  • 通过 JVM 启动参数 -Xss 增加线程栈内存空间, 某些正常使用场景需要执行大量方法或包含大量局部变量,这时可以适当地提高线程栈空间限制

二. Java heap space

Java 堆用于存储对象实例,我们只要不断的创建对象,并且保证 GC Roots 到对象之间有可达路径来避免 GC 清除这些对象,那随着对象数量的增加,总容量触及堆的最大容量限制后就会产生内存溢出异常。

Java 堆内存的 OOM 异常是实际应用中最常见的内存溢出异常。

2.1 写个 bug

/**
* JVM参数:-Xmx12m
*/
public class JavaHeapSpaceDemo { static final int SIZE = 2 * 1024 * 1024; public static void main(String[] a) {
int[] i = new int[SIZE];
}
}

代码试图分配容量为 2M 的 int 数组,如果指定启动参数 -Xmx12m,分配内存就不够用,就类似于将 XXXL 号的对象,往 S 号的 Java heap space 里面塞。

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at oom.JavaHeapSpaceDemo.main(JavaHeapSpaceDemo.java:13)

2.2 原因分析

  • 请求创建一个超大对象,通常是一个大数组
  • 超出预期的访问量/数据量,通常是上游系统请求流量飙升,常见于各类促销/秒杀活动,可以结合业务流量指标排查是否有尖状峰值
  • 过度使用终结器(Finalizer),该对象没有立即被 GC
  • 内存泄漏(Memory Leak),大量对象引用没有释放,JVM 无法对其自动回收,常见于使用了 File 等资源没有回收

2.3 解决方案

针对大部分情况,通常只需要通过 -Xmx 参数调高 JVM 堆内存空间即可。如果仍然没有解决,可以参考以下情况做进一步处理:

  • 如果是超大对象,可以检查其合理性,比如是否一次性查询了数据库全部结果,而没有做结果数限制
  • 如果是业务峰值压力,可以考虑添加机器资源,或者做限流降级。
  • 如果是内存泄漏,需要找到持有的对象,修改代码设计,比如关闭没有释放的连接

面试官:说说内存泄露和内存溢出

加送个知识点,三连的终将成为大神~~

内存泄露和内存溢出

内存溢出(out of memory),是指程序在申请内存时,没有足够的内存空间供其使用,出现out of memory;比如申请了一个 Integer,但给它存了 Long 才能存下的数,那就是内存溢出。

内存泄露( memory leak),是指程序在申请内存后,无法释放已申请的内存空间,一次内存泄露危害可以忽略,但内存泄露堆积后果很严重,无论多少内存,迟早会被占光。

memory leak 最终会导致 out of memory!

三、GC overhead limit exceeded

JVM 内置了垃圾回收机制GC,所以作为 Javaer 的我们不需要手工编写代码来进行内存分配和释放,但是当 Java 进程花费 98% 以上的时间执行 GC,但只恢复了不到 2% 的内存,且该动作连续重复了 5 次,就会抛出 java.lang.OutOfMemoryError:GC overhead limit exceeded 错误(俗称:垃圾回收上头)。简单地说,就是应用程序已经基本耗尽了所有可用内存, GC 也无法回收。

假如不抛出 GC overhead limit exceeded 错误,那 GC 清理的那么一丢丢内存很快就会被再次填满,迫使 GC 再次执行,这样恶性循环,CPU 使用率 100%,而 GC 没什么效果。

3.1 写个 bug

出现这个错误的实例,其实我们写个无限循环,往 List 或 Map 加数据就会一直 Full GC,直到扛不住,这里用一个不容易发现的栗子。我们往 map 中添加 1000 个元素。

/**
* JVM 参数: -Xmx14m -XX:+PrintGCDetails
*/
public class KeylessEntry { static class Key {
Integer id; Key(Integer id) {
this.id = id;
} @Override
public int hashCode() {
return id.hashCode();
}
} public static void main(String[] args) {
Map m = new HashMap();
while (true){
for (int i = 0; i < 1000; i++){
if (!m.containsKey(new Key(i))){
m.put(new Key(i), "Number:" + i);
}
}
System.out.println("m.size()=" + m.size());
}
}
}
...
m.size()=54000
m.size()=55000
m.size()=56000
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

从输出结果可以看到,我们的限制 1000 条数据没有起作用,map 容量远超过了 1000,而且最后也出现了我们想要的错误,这是因为类 Key 只重写了 hashCode() 方法,却没有重写 equals() 方法,我们在使用 containsKey() 方法其实就出现了问题,于是就会一直往 HashMap 中添加 Key,直至 GC 都清理不掉。

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