实战测试Java虚拟机的内存溢出(OutOfMemoryError)异常

在java虚拟机规范的描述中,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。

下文将分区域分析OOM异常,代码都是基于Sun公司的HotSpot虚拟机运行的,对于不同公司的不同版本的虚拟机,参数和程序运行的结果可能有所差别。异常的解决则在下一章中进行学习处理。

代码的注释部分写明了执行时所需设置的虚拟机启动参数,使用Eclipse IDE时,在Debug/Run页签中设置,如下图。

java连接虚拟机连接超时 java虚拟机异常_内存溢出

 



[1] Java堆溢出


 Java堆用于存储对象实例,只要不断创建对象,并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象,那么在对象数量达到最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

代码如下:

/**
设置Java堆大小为20MB,不可扩展(-xms和-xmx参数一样即可避免自动扩展)
 * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError设置让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照以便事后分析
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class HeapOOM {
 static class OOMObject{

 }
 public static void main(String[] args){
List<OOMObject> list = new ArrayList<HeapOOM.OOMObject>();
  while(true){
   list.add(new OOMObject());
  }
 }
}

运行结果:

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid4524.hprof ...
Heap dump file created [27967006 bytes in 0.174 secs]


当出现Java堆溢出时,java.lang.OutOfMemoryErro后面就会提示Java heap space。解决这个区域的异常一般手段是先通过内存映像分析工具对Dump出来的堆转储快照进行分析后相应处理解决。




[2] 虚拟机栈和本地方法栈溢出

 HotSpot虚拟机中不区分虚拟机栈和本地方法栈。在这里面,Java虚拟机规范中描述了两种异常:

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。

这里是在单线程条件下对StackOverflowError异常的测试。代码如下:

/**
通过使用-Xss参数减少栈内存容量
 * VM Args: -Xss128k
 */
public class JavaVMStackSOF {
 private int stackLength = 1;
 public void stackLeak(){
stackLength++;
stackLeak();
 }
 public static void main(String[] args) {
JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
  try {
   oom.stackLeak();
  } catch (Throwable e) {
System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
   throw e;
  }
 }
}

运行结果:

stack length:986
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
 at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
 at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
 at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
 at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
。。。。。。

注:若不局限于单线程,通过不断建立线程的方式也可以产生内存溢出异常,但是在这种情况下,为每个线程的栈分配的内存越大,反而越容易产生内存溢出异常。




[3] 方法区和运行时常量池溢出


运行时常量池是方法区的一部分。方法区用于存放Class的相关信息,对于这些区域的测试,基本思路是运行时产生大量的类去填满方法区,直到溢出。在测试代码中,可借助CGLib直接操作字节码运行时生成大量的动态类。




[4] 本地直接内存溢出


DirectMemory(直接内存)容量可通过-XX:MaxDirecMemorySize指定,如果不指定,则默认与Java堆最大值(-Xmx指定)一样。

通过unsafe分配本机内存的测试代码如下:

/**
 * vm Args:-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 */
public class DirectMemoryOOM {
 private static final int _1MB = 1024*1024;
 public static void main(String[] args) {
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 org.fenixsoft.oom.DMOOM.main(DMOOM.java:20)

分析:

由DirectMemory导致的内存溢出,一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常,如果发现OOM之后Dump文件很小,而程序又直接或间接使用了NIO,那就可以考虑检查一次是不是这方面的原因。


 


参考书籍:

《深入理解Java虚拟机》 周志明著