Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

程序员文章站 2023-02-26 16:12:18

根据Java虚拟机规范，虚拟机内存中除过程序计数器之外的运行时数据区域都会发生OutOfMemoryError（OOM），本文将通过实际例子验证分析各个数据区域OOM的情况。为了更贴近生产，本次所有例子都是通过调用接口触发，并使用jvisualvm工具监控tomcat内存进行分析。一、Java堆溢 ......

　　根据java虚拟机规范，虚拟机内存中除过程序计数器之外的运行时数据区域都会发生outofmemoryerror（oom），本文将通过实际例子验证分析各个数据区域oom的情况。为了更贴近生产，本次所有例子都是通过调用接口触发，并使用jvisualvm工具监控tomcat内存进行分析。

一、java堆溢出

　　java堆主要用于存储对象和数组实例，只要不断创建对象或者数组，并且保证cg roots（垃圾收集器对象）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，在对象数量到达最大堆的限制后就会产生内存溢出异常。

　　java代码：

    static class oomobject{};

    /**
     * 测试java堆oom
     */
    private void testheapoom(){
        list<oomobject> oomobjects=new arraylist<>();
        int count=0;
        boolean flag=true;
        while(flag){
            try{
                oomobjects.add(new oomobject());
                count++;
            }catch (throwable throwable){
                flag=false;
                system.out.println("count="+count);
            }
        }
    }

　　设置jvm参数：在tomcat的 catalina.sh 中添加 java_opts="$java_opts -xms64m -xmx128m -xx:+heapdumponoutofmemoryerror" 即初始堆内存为64m，最大堆内存为128m， -xx:+heapdumponoutofmemoryerror 的含义是当虚拟机内存溢出后dump出当前内存堆转储快照，这样可以方便事后分析。

　　重启tomcat后，设置jvisualvm连接，在jvm参数中可以看到刚才添加的参数，表示设置成功：

　　 Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

　　切换到监控界面，在“堆”监控界面，可以看到堆大小稳定在64m，64即为我们设置的初始堆大小：

　　 Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

　　接下来，调用接口触发java堆oom，同时监控tomcat日志以及“堆”监控界面。

　　tomcat日志：

Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

　　tomcat日志中很清楚地给出提示： java.lang.outofmemoryerror: java heap space （内存溢出异常：java堆空间）。

　　jvisualvm监控：

Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

　　从jvisualvm监控可以看到，不断创建对象需要更多的对空间来存储对象，当使用的堆到达设置的最大值128m的时候，就触发了oom。同时可以看到，在堆内存占用到达设置的最大堆内存之后，内存使用量又急剧下降，这是为什么呢？这是因为当发生 java.lang.outofmemoryerror: java heap space 之后，java虚拟机会对整个java堆进行full gc，full gc使得堆使用量急剧下降。

二、虚拟机栈和本地方法栈溢出

　　由于在hotspot中不区分虚拟机栈和本地方法栈，所以对于hotspot来说，设置 -xoss （设置本地方法栈大小）是无效的，栈容量只由 -xss 参数设置。栈溢出测试代码如下：

private int stacklength=1;
/**
 * 测试栈溢出
 */
private void teststackleak(){
    try{
        stacklength++;
        teststackleak();
    }catch (throwable e){
        system.out.println("stacklength="+stacklength);
        e.printstacktrace();
    }
}

同时设置jvm参数： -xss512k ，和第一步一样，调用接口后观察tomcat日志：

Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

可以看到，tomcat日志打印出了 java.lang.*error 的异常，并且栈的深度为2761。

接下来，将 -xss 大小设置为1m,即设置jvm参数 -xss1m ,调用接口后，再次观察tomcat日志：

Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析

可以看到，抛出 java.lang.*error 异常的时候，栈的深度达到了7972。通过对比，我们可以很清楚地看到 -xss 参数的作用：设置每个线程的栈大小，当线程请求的栈深度大于此设置的时候，就会出现 java.lang.*error 异常。

三、方法区溢出

　　在hotspot中，从jdk8开始，方法区的实现由永久代变更为元空间（metaspace），元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。理论上取决于32位/64位系统可虚拟的内存大小，但也不是无限制的，可以配置参数来进行调整。现在通过代码来进行测试分析：

　　（1）新建一个类 testmetaspaceclass ，注意该类不包含包名：

public class testmetaspaceclass {
}

　　将该类编译后的class文件放到 /mnt/class 路径下；

　　（2）测试方法中不断加载该类：

        try {
            //准备url
            url url = new file("/mnt/class").touri().tourl();
            url[] urls = {url};
            //获取有关类型加载的jmx接口
            classloadingmxbean loadingbean = managementfactory.getclassloadingmxbean();
            //用于缓存类加载器
            list<classloader> classloaders = new arraylist<classloader>();
            while (true) {
                //加载类型并缓存类加载器实例
                classloader classloader = new urlclassloader(urls);
                classloaders.add(classloader);
                classloader.loadclass("testmetaspaceclass");
                //显示数量信息（共加载过的类型数目，当前还有效的类型数目，已经被卸载的类型数目）
                system.out.println("total: " + loadingbean.gettotalloadedclasscount());
                system.out.println("active: " + loadingbean.getloadedclasscount());
                system.out.println("unloaded: " + loadingbean.getunloadedclasscount());
            }
        } catch (throwable e) {
            e.printstacktrace();
        }

　　设置jvm参数 -xx:metaspacesize=16m -xx:maxmetaspacesize=32m ，调用接口后观察tomcat日志以及jvisualvm中metaspace的变化曲线。

　　tomcat日志：

Java虚拟机三：OutOfMemoryError异常分析