Java程序員必備:常見(jiàn)OOM異常分析

前言

放假這幾天，溫習(xí)了深入理解Java虛擬機(jī)的第二章， 整理了JVM發(fā)生OOM異常的幾種情況，并分析原因以及解決方案，希望對(duì)大家有幫助。

??

Java 堆溢出

Java堆用于存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例，只要不斷地創(chuàng)建對(duì)象，并且保證GC Roots到對(duì)象之間有可達(dá)路徑來(lái)避免垃圾回收機(jī)制清除這些對(duì)象，那么在對(duì)象數(shù)量到達(dá)最大堆的容量限制后就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存溢出異常。

Java 堆溢出原因

• 無(wú)法在 Java 堆中分配對(duì)象

• 應(yīng)用程序保存了無(wú)法被GC回收的對(duì)象。

• 應(yīng)用程序過(guò)度使用 finalizer。

Java 堆溢出排查解決思路

1.查找關(guān)鍵報(bào)錯(cuò)信息，如

1. java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

2.使用內(nèi)存映像分析工具（如Eclipsc Memory Analyzer或者Jprofiler）對(duì)Dump出來(lái)的堆儲(chǔ)存快照進(jìn)行分析，分析清楚是內(nèi)存泄漏還是內(nèi)存溢出。

3.如果是內(nèi)存泄漏，可進(jìn)一步通過(guò)工具查看泄漏對(duì)象到GC Roots的引用鏈，修復(fù)應(yīng)用程序中的內(nèi)存泄漏。

4.如果不存在泄漏，先檢查代碼是否有死循環(huán)，遞歸等，再考慮用 -Xmx 增加堆大小。

demo代碼

1. package oom;

2. 
   

3. import java.util.ArrayList;

4. import java.util.List;

5. 
   

6. /**

7. * JVM配置參數(shù)

8. * -Xms20m JVM初始分配的內(nèi)存20m

9. * -Xmx20m JVM最大可用內(nèi)存為20m

10. * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 當(dāng)JVM發(fā)生OOM時(shí)，自動(dòng)生成DUMP文件

11. * -XX:HeapDumpPath=/Users/weihuaxiao/Desktop/dump/ 生成DUMP文件的路徑

12. */

13. publicclassHeapOOM{

14. staticclassOOMObject{

15. }

16. publicstaticvoid main(String[] args){

17. List<OOMObject> list =newArrayList<OOMObject>();

18. //在堆中無(wú)限創(chuàng)建對(duì)象

19. while(true){

20. list.add(newOOMObject());

21. }

22. }

23. }

運(yùn)行結(jié)果

按照前面的排查解決方案，我們來(lái)一波分析。

1.查找報(bào)錯(cuò)關(guān)鍵信息

1. Exceptionin thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

2. 使用內(nèi)存映像分析工具Jprofiler分析產(chǎn)生的堆儲(chǔ)存快照

由圖可得，OOMObject這個(gè)類創(chuàng)建了810326個(gè)實(shí)例，是屬于內(nèi)存溢出，這時(shí)候先定位到對(duì)應(yīng)代碼，發(fā)現(xiàn)死循環(huán)導(dǎo)致的，修復(fù)即可。

棧溢出

關(guān)于虛擬機(jī)棧和本地方法棧，在Java虛擬機(jī)規(guī)范中描述了兩種異常：

• 如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError 異常；

• 如果虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出 OutOfMemoryError 異常。

棧溢出原因

• 在單個(gè)線程下，棧幀太大，或者虛擬機(jī)棧容量太小，當(dāng)內(nèi)存無(wú)法分配的時(shí)候，虛擬機(jī)拋出StackOverflowError 異常。

• 不斷地建立線程的方式會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出。

棧溢出排查解決思路

1. 查找關(guān)鍵報(bào)錯(cuò)信息，確定是StackOverflowError還是OutOfMemoryError

2. 如果是StackOverflowError，檢查代碼是否遞歸調(diào)用方法等

3. 如果是OutOfMemoryError，檢查是否有死循環(huán)創(chuàng)建線程等，通過(guò)-Xss降低的每個(gè)線程棧大小的容量

demo代碼

1. package oom;

2. 
   

3. /**

4. * -Xss2M

5. */

6. publicclassJavaVMStackOOM{

7. privatevoid dontStop(){

8. while(true){

9. 
   

10. }

11. }

12. publicvoid stackLeakByThread(){

13. while(true){

14. Thread thread =newThread(newRunnable(){

15. publicvoid run(){

16. dontStop();

17. }

18. });

19. thread.start();}

20. }

21. publicstaticvoid main(String[] args){

22. JavaVMStackOOM oom =newJavaVMStackOOM();

23. oom.stackLeakByThread();

24. }

25. }

運(yùn)行結(jié)果

1.查找報(bào)錯(cuò)關(guān)鍵信息

1. Exceptionin thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create newnative thread

2.確定是創(chuàng)建線程導(dǎo)致的棧溢出OOM

1. Thread thread =newThread(newRunnable(){

2. publicvoid run(){

3. dontStop();

4. }

5. });

方法區(qū)溢出

方法區(qū)，（又叫永久代，JDK8后，元空間替換了永久代），用于存放Class的相關(guān)信息，如類名、訪問(wèn)修飾符、常量池、字段描述、方法描述等。運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的類，會(huì)填滿方法區(qū)，造成溢出。

方法區(qū)溢出原因

• 使用CGLib生成了大量的代理類，導(dǎo)致方法區(qū)被撐爆

• 在Java7之前，頻繁的錯(cuò)誤使用String.intern方法

• 大量jsp和動(dòng)態(tài)產(chǎn)生jsp

• 應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，沒(méi)有重啟

方法區(qū)溢出排查解決思路

• 檢查是否永久代空間設(shè)置得過(guò)小

• 檢查代碼是否頻繁錯(cuò)誤得使用String.intern方法

• 檢查是否跟jsp有關(guān)。

• 檢查是否使用CGLib生成了大量的代理類

• 重啟大法，重啟JVM

demo代碼

1. package oom;

2. 
   

3. import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;

4. import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;

5. import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;

6. 
   

7. import java.lang.reflect.Method;

8. 
   

9. /**

10. * jdk8以上的話，

11. * 虛擬機(jī)參數(shù)：-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M

12. */

13. publicclassJavaMethodAreaOOM{

14. publicstaticvoid main(String[] args){

15. while(true){

16. Enhancer enhancer =newEnhancer();

17. enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);

18. enhancer.setUseCache(false);

19. enhancer.setCallback(newMethodInterceptor(){

20. publicObject intercept(Object obj,Method method,

21. Object[] args,MethodProxy proxy)throwsThrowable{

22. return proxy.invokeSuper(obj, args);

23. }

24. });

25. enhancer.create();

26. }

27. }

28. staticclassOOMObject{

29. }

30. }

運(yùn)行結(jié)果

1.查找報(bào)錯(cuò)關(guān)鍵信息

1. Causedby: java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace

2.檢查JVM元空間設(shè)置參數(shù)是否過(guò)小

1. -XX:MetaspaceSize=10M-XX:MaxMetaspaceSize=10M

3. 檢查對(duì)應(yīng)代碼,是否使用CGLib生成了大量的代理類

1. while(true){

2. ...

3. enhancer.setCallback(newMethodInterceptor(){

4. publicObject intercept(Object obj,Method method,

5. Object[] args,MethodProxy proxy)throwsThrowable{

6. return proxy.invokeSuper(obj, args);

7. }

8. });

9. enhancer.create();

10. }

本機(jī)直接內(nèi)存溢出

直接內(nèi)存并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java 虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域。但是，這部分內(nèi)存也被頻繁地使用，而且也可能導(dǎo)致OOM。

在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)類，它可以使用 native 函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過(guò)一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的 DirectByteBuffer 對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣能在一些場(chǎng)景中顯著提高性能，因?yàn)楸苊饬嗽?Java 堆和 Native 堆中來(lái)回復(fù)制數(shù)據(jù)。

直接內(nèi)存溢出原因

• 本機(jī)直接內(nèi)存的分配雖然不會(huì)受到Java 堆大小的限制，但是受到本機(jī)總內(nèi)存大小限制。

• 直接內(nèi)存由 -XX:MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定，則默認(rèn)與Java堆最大值（-Xmx指定）一樣。

• NIO程序中，使用ByteBuffer.allocteDirect(capability)分配的是直接內(nèi)存，可能導(dǎo)致直接內(nèi)存溢出。

直接內(nèi)存溢出

• 檢查代碼是否恰當(dāng)

• 檢查JVM參數(shù)-Xmx，-XX:MaxDirectMemorySize 是否合理。

demo代碼

1. package oom;

2. 
   

3. import java.nio.ByteBuffer;

4. import java.util.concurrent.TimeUnit;

5. 
   

6. /**

7. * -Xmx256m -XX:MaxDirectMemorySize=100M

8. */

9. publicclassDirectByteBufferTest{

10. publicstaticvoid main(String[] args)throwsInterruptedException{

11. //分配128MB直接內(nèi)存

12. ByteBuffer bb =ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);

13. 
    

14. TimeUnit.SECONDS.sleep(10);

15. System.out.println("ok");

16. }

17. }

運(yùn)行結(jié)果

ByteBuffer分配128MB直接內(nèi)存，而JVM參數(shù)-XX:MaxDirectMemorySize=100M指定最大是100M，因此發(fā)生直接內(nèi)存溢出。

1. ByteBuffer bb =ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);

??

GC overhead limit exceeded

• 這個(gè)是JDK6新加的錯(cuò)誤類型，一般都是堆太小導(dǎo)致的。

• Sun 官方對(duì)此的定義：超過(guò)98%的時(shí)間用來(lái)做GC并且回收了不到2%的堆內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出此異常。

解決方案

• 檢查項(xiàng)目中是否有大量的死循環(huán)或有使用大內(nèi)存的代碼，優(yōu)化代碼。

• 檢查JVM參數(shù)-Xmx -Xms是否合理

• dump內(nèi)存，檢查是否存在內(nèi)存泄露，如果沒(méi)有，加大內(nèi)存。

demo代碼

1. package oom;

2. 
   

3. import java.util.concurrent.ExecutorService;

4. import java.util.concurrent.Executors;

5. 
   

6. /**

7. * JVm參數(shù) -Xmx8m -Xms8m

8. */

9. publicclassGCoverheadTest{

10. publicstaticvoid main(String[] args){

11. ExecutorService executor =Executors.newFixedThreadPool(10);

12. for(int i =0; i <Integer.MAX_VALUE; i++){

13. executor.execute(()->{

14. try{

15. Thread.sleep(10000);

16. }catch(InterruptedException e){

17. //do nothing

18. }

19. });

20. }

21. }

22. }

運(yùn)行結(jié)果

實(shí)例代碼使用了newFixedThreadPool線程池，它使用了無(wú)界隊(duì)列，無(wú)限循環(huán)執(zhí)行任務(wù)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存飆升。因?yàn)樵O(shè)置了堆比較小，所以出現(xiàn)此類型OOM。

??

總結(jié)

本文介紹了以下幾種常見(jiàn)OOM異常

1. java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

2. java.lang.OutOfMemoryError: unable to create newnative thread

3. java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace

4. java.lang.OutOfMemoryError:Direct buffer memory

5. java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

希望大家遇到OOM異常時(shí)，對(duì)癥下藥，順利解決問(wèn)題。同時(shí)，如果有哪里寫(xiě)得不對(duì)，歡迎指出，感激不盡。?

參考與感謝

• JVM系列之實(shí)戰(zhàn)內(nèi)存溢出異常

• JVM 發(fā)生 OOM 的 8 種原因、及解決辦法

• NIO-直接內(nèi)存

• 《深入理解Java虛擬機(jī)》
  

有道無(wú)術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無(wú)道，止于術(shù)

歡迎大家關(guān)注Java之道公眾號(hào)

好文章，我在看??