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[其他] Java 常见内存溢出异常与代码实现

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零食戒了 发表于 2016-10-4 10:19:13
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Java 堆 OutOfMemoryError

  Java 堆是用来存储对象实例的, 因此如果我们不断地创建对象, 并且保证 GC Root 和创建的对象之间有可达路径以免对象被垃圾回收, 那么当创建的对象过多时, 会导致 heap 内存不足, 进而引发 OutOfMemoryError 异常.
  1. /**
  2. * @author xiongyongshun
  3. * VM Args: java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
  4. */
  5. public class OutOfMemoryErrorTest {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         List<Integer> list = new ArrayList<>();
  8.         int i = 0;
  9.         while (true) {
  10.             list.add(i++);
  11.         }
  12.     }
  13. }
复制代码
   上面是一个引发      OutOfMemoryError异常的代码, 我们可以看到, 它就是通过不断地创建对象, 并将对象保存在 list 中防止其被垃圾回收, 因此当对象过多时, 就会使堆内存溢出.   
    通过      java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError我们设置了堆内存为 10 兆, 并且使用参数      -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError让 JVM 在发生 OutOfMemoryError 异常时打印出当前的内存快照以便于后续分析.   
    编译运行上述代码后, 会有如下输出:
   
  1. >>> java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError com.test.OutOfMemoryErrorTest                                                                                            16-10-02 23:35
  2. java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  3. Dumping heap to java_pid1810.hprof ...
  4. Heap dump file created [14212861 bytes in 0.125 secs]
  5. Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  6.         at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
  7.         at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
  8.         at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
  9.         at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
  10.         at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
  11.         at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
  12.         at com.test.OutOfMemoryErrorTest.main(OutOfMemoryErrorTest.java:15)
复制代码
Java 栈 StackOverflowError

    我们知道, JVM 的运行时数据区中有一个叫做      虚拟机栈的内存区域, 此区域的作用是: 每个方法在执行时都会创建一个栈帧, 用于存储局部变量表, 操作数栈, 方法出口等信息.   
    因此我们可以创建一个无限递归的递归调用, 当递归深度过大时, 就会耗尽栈空间, 进而导致了      StackOverflowError异常.   
    下面是具体的代码:
   
  1. /**
  2. * @author xiongyongshun
  3. * VM Args: java -Xss64k
  4. */
  5. public class OutOfMemoryErrorTest {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         stackOutOfMemoryError(1);
  8.     }
  9.     public static void stackOutOfMemoryError(int depth) {
  10.         depth++;
  11.         stackOutOfMemoryError(depth);
  12.     }
  13. }
复制代码
当编译运行上述的代码后, 会输出如下异常信息:
  1. Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
  2.     at com.test.OutOfMemoryErrorTest.stackOutOfMemoryError(OutOfMemoryErrorTest.java:27)
复制代码
方法区内存溢出

      注意, 因为 JDK8 已经移除了永久代, 取而代之的是 metaspace, 因此在 JDK8 中, 下面两个例子都不会导致 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 异常.  
  运行时常量池溢出

    在 Java 1.6 以及之前的 HotSpot JVM 版本时, 有永久代的概念, 即 GC 的分代收集机制是扩展至方法区的. 在方法区中, 有一部分内存是用于存储常量池, 因此如果代码中常量过多时, 就会耗尽常量池内存, 进而导致内存溢出.
    那么如何添加大量的常量到常量池呢? 这时就需要依靠 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, 则这个方法返回常量池中对应字符串的引用; 反之将此 String 所包含的值添加到常量池中, 并返回此 String 对象的引用. 在 JDK 1.6 以及之前的版本中, 常量池分配在永久代中, 因此我们可以通过设置参数 "-XX:PermSize" 和 "-XX:MaxPermSize" 来间接限制常量池的大小.
        注意, 上面所说的 String.intern() 方法和常量池的内存分布仅仅针对于 JDK 1.6 及之前的版本, 在 JDK 1.7 或以上的版本中, 由于去除了永久代的概念, 因此内存布局稍有不同.  
  下面是实现常量池内存溢出的代码例子:
  1. /**
  2. * @author xiongyongshun
  3. * VM Args:  -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
  4. */
  5. public class RuntimeConstantPoolOOMTest {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         List<String> list = new ArrayList<String>();
  8.         int i = 0;
  9.         while (true) {
  10.             list.add(String.valueOf(i++).intern());
  11.         }
  12.     }
  13. }
复制代码
   我们看到, 这个例子中, 正是使用了      String.intern()方法, 向常量池中添加了大量的字符串常量, 因而导致了常量池的内存溢出.   
    我们通过      JDK1.6编译并运行上面的代码, 会有如下输出:   
   
  1. Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
  2.         at java.lang.String.intern(Native Method)
  3.         at com.test.RuntimeConstantPoolOOMTest.main(RuntimeConstantPoolOOMTest.java:16)
复制代码
     需要注意的是, 如果通过 JDK1.8 来编译运行上面代码的话, 会有如下警告, 并且不会产生任何的异常:  
    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
    方法区的内存溢出

  方法区作用是存放 Class 的相关信息, 例如类名, 类访问修饰符, 字段描述, 方法描述等. 因此如果方法区过小, 而加载的类过多, 就会造成方法区的内存溢出.
  1. //VM Args:  -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
  2. public class MethodAreaOOMTest {
  3.     public static void main(String[] args) {
  4.         while (true) {
  5.             Enhancer enhancer = new Enhancer();
  6.             enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOMTest.class);
  7.             enhancer.setUseCache(false);
  8.             enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
  9.                 public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
  10.                     return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
  11.                 }
  12.             });
  13.             enhancer.create();
  14.         }
  15.     }
  16. }
复制代码
上面的代码中, 我们借助 CGlib 来动态地生成大量的类, 在 JDK6 下, 运行上面的代码会产生    OutOfMemoryError: PermGen space异常:  
  1. /System/Library/Frameworks/JavaVM.framework/Versions/1.6/Home/bin/java -jar -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M target/Test-1.0-SNAPSHOT.jar
复制代码
输出结果如下:
  1. Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
  2.         at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
  3.         at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:637)
  4.         at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:621)
  5.         ... 11 more
复制代码
MetaSpace 内存溢出

  在    方法区的内存溢出内存溢出一节中, 我们提到, JDK8 没有了永久代的概念, 因此那两个例子在 JDK8 下没有实现预期的效果. 那么在 JDK8 下, 是否有类似方法区内存溢出之类的错误呢? 当然有的. 在 JDK8 中, 使用了 MetaSpace 的区域来存放 Class 的相关信息, 因此当 MetaSpace 内存空间不足时, 会抛出    java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace异常.  
  我们还是以上面提到的例子为例:
  1. //VM Args: -XX:MaxMetaspaceSize=10M
  2. public class MethodAreaOOMTest {
  3.     public static void main(String[] args) {
  4.         while (true) {
  5.             Enhancer enhancer = new Enhancer();
  6.             enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOMTest.class);
  7.             enhancer.setUseCache(false);
  8.             enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
  9.                 public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
  10.                     return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
  11.                 }
  12.             });
  13.             enhancer.create();
  14.         }
  15.     }
  16. }
复制代码
   此例子的代码部分没有改动, 唯一的区别是我们需要使用 JDK 来运行这段代码, 并且设着参数      -XX:MaxMetaspaceSize=10M, 这个参数告诉 JVM Metaspace 的最大大小是 10M.   
    接着我们使用 JDK8 来编译运行这个例子, 输出如下异常:
   
  1. >>> java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError com.test.OutOfMemoryErrorTest                                                                                            16-10-02 23:35
  2. java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  3. Dumping heap to java_pid1810.hprof ...
  4. Heap dump file created [14212861 bytes in 0.125 secs]
  5. Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  6.         at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
  7.         at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
  8.         at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
  9.         at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
  10.         at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
  11.         at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
  12.         at com.test.OutOfMemoryErrorTest.main(OutOfMemoryErrorTest.java:15)0
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问柳 发表于 2016-10-4 12:24:13
这么大的盾牌你看不见,偏偏要把石头朝我脑袋上扔
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jy01668522 发表于 2016-10-8 01:58:50
不回帖的话就太任性了
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又绿 发表于 2016-10-15 14:47:13
很好很强大。。
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新生代创业家 发表于 2016-10-18 23:10:39
在几百万帖里找到你,很不容易
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董智勇 发表于 2016-10-19 10:59:37
运气就是机会碰巧撞到了你的努力。
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只有爱这么简单 发表于 2016-10-20 09:46:02
漏洞与补丁齐飞,蓝屏共死机一色!  
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iwyd0qFo 发表于 2016-10-26 17:23:22
怪事年年有,今年特别多!
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寄波 发表于 2016-10-26 19:38:58
撸过。。。。
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雨花石 发表于 2016-10-27 07:06:34
我是研究僧
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