通过代码模拟Java虚拟机规范中描述的各个运行时区域内存溢出的场景。
1. Java堆溢出
首先,虚拟机启动参数配置如下:
-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8
其中,-verbose:gc
表示输出虚拟机中GC的详细情况。-Xms20M -Xmx20M
最小堆内存20M,最大堆内存20M。-Xmn10M
设置新生代的容量10M。-XX:+PrintGCDetails
打印GC详细信息,-XX:SurvivorRatio=8
年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/** * * * VM Args:-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:46:34 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:46:34 */
public class HeapOOM {
static class OOMObject {
}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
}
输出:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2245)
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2219)
at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:213)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:187)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:411)
at HeapOOM.main(HeapOOM.java:15)
Heap
def new generation total 9216K, used 8920K [0x32570000, 0x32f70000, 0x32f70000)
eden space 8192K, 100% used [0x32570000, 0x32d70000, 0x32d70000)
from space 1024K, 71% used [0x32d70000, 0x32e26040, 0x32e70000)
to space 1024K, 0% used [0x32e70000, 0x32e70000, 0x32f70000)
tenured generation total 10240K, used 5693K [0x32f70000, 0x33970000, 0x33970000)
the space 10240K, 55% used [0x32f70000, 0x334ff7f8, 0x334ff800, 0x33970000)
compacting perm gen total 12288K, used 135K [0x33970000, 0x34570000, 0x37970000)
the space 12288K, 1% used [0x33970000, 0x33991dd8, 0x33991e00, 0x34570000)
ro space 10240K, 45% used [0x37970000, 0x37df1888, 0x37df1a00, 0x38370000)
rw space 12288K, 54% used [0x38370000, 0x389f04f8, 0x389f0600, 0x38f70000)
-Xms20M -Xmx20M
导致Java堆内存20M不可扩展,通过-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
可以让虚拟机在内存溢出异常时DUMP内存快照供分析。
2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度,将抛出StackOverflowError异常;
- 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间,则抛出OutOfMemoryError异常。
2.1 StackOverflowError
虚拟机参数增加-Xss128k
,每个线程栈大小128k。栈深度在大多数情况下(压入栈的帧大小不同)达到1000-2000是没有问题的,正常的方法调用和递归,这个深度是够用的。
/** * * * 功能描述: 模拟StackOverflowError * VM Args: -Xss128k * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:04:01 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:04:01 */
public class JavaVMStackSOF {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak(){
stackLength++;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) throws Throwable{
JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
try {
oom.stackLeak();
} catch (Exception e) {
System.out.println("stack length" + oom.stackLength);
throw e;
}
}
}
虚拟机抛出StackOverflowError异常,输出:
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:7)
at JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:8)
...
2.2 栈OutOfMemoryError
需要注意,为每个线程的栈分配的内存越大,反而越容易产生栈内存溢出异常。
这个不难理解,每个线程分配到栈容量越大,可以建立的线程数量自然就越少,建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽。
因此,可以通过“减少内存”的手段来解决栈内存溢出问题。
/** * * * 功能描述: 栈OutOfMemoryError * VM Args:-Xss2M 调大单线程可使用栈空间大小 * @author zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:20:06 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:20:06 */
public class JavaVMStackOOM {
private void dontStop() {
while (true) {
}
}
public void stackLeakByThread() {
while (true) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
dontStop();
}
});
thread.start();
}
}
public static void main(String[] args) {
JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
oom.stackLeakByThread();
}
}
Windows平台由于Java的线程是映射到操作系统的内核线程,因此上述代码可能会导致操作系统假死。
3. 方法区和运行时常量池溢出
3.1 运行时常量池溢出
JDK 1.7开始逐步“去永久代化”。在JDK 1.6及之前的版本,由于常量池分配在永久代,可以通过-XX:PermSize
和-XX:MaxPermSize
限制方法区大小,从而间接限制常量池容量。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/** * * * 功能描述: 运行时常量池内存溢出 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:50:48 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:50:48 */
public class RuntimeConstantPoolOOM {
public static void main(String[] args) {
// 使用List保持常量池引用,避免Full GC回收常量池行为
List<String> list = new ArrayList<String>();
// 10MB的PermSize在integer范围内足够产生OOM
int i =0;
while(true) {
list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
}
在JDK 1.6以下,运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
at java.lang.String.intern(Native Method)
at RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:22)
在JDK 1.7及以上,while循环将一直进行下去。
3.2 方法区溢出
方法区用于存放Class的相关信息,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。对于这些区域的测试,基本的思想是运行时产生大量的类去填满方法去,直到溢出。
package com.suning;
import java.lang.reflect.Method;
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
/** * * * 功能描述: 方法区内存溢出 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 下午3:31:27 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 下午3:31:27 */
public class JavaMethodAreaOOM {
public static void main(String[] args) {
while (true) {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
@Override
public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy)
throws Throwable {
// TODO Auto-generated method stub
return proxy.invokeSuper(obj, args);
}
});
enhancer.create();
}
}
static class OOMObject {
}
}
运行结果:
Exception in thread "main" net.sf.cglib.core.CodeGenerationException: java.lang.reflect.InvocationTargetException-->null
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:237)
at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:377)
at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:285)
at com.suning.JavaMethodAreaOOM.main(JavaMethodAreaOOM.java:35)
Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"
4. 本机直接内存溢出
DirectMemory容量可通过-XX:MaxDirectMemorySize指定,如果不指定,则默认与Java堆最大值(-Xmx指定)一样。
import java.lang.reflect.Field;
import sun.misc.Unsafe;
/** * * * 功能描述: 本机直接内存溢出 * VM Args: -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 下午3:43:58 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 下午3:43:58 */
public class DirectMemoryOOM {
private static final int _1MB = 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
while(true) {
unsafe.allocateMemory(_1MB);
}
}
}
运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
at DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:14)
需要注意,由DirectMemory导致的内存溢出,在Heap Dump文件中不会看见异常(Java NIO中是在和DirectMemory交互)。
小结
Java的OOM包括了:
- Java堆溢出
- 虚拟机栈和本地方法栈溢出
- 方法区和运行时常量池溢出
- 本机直接内存溢出