JVM知识点总结（三）：OOM

常见OOM实测

by Kay 2017.9.11

OOM（OutOfMemoryError）是虚拟机内存中比较常见的错误，通过几个例子重现几种比较常见的OOM场景，来验证JVM的内存结构。

首先要明确一点的是，GC回收的时，会回收哪些对象?

通常，虚拟机通过根搜索算法，来找出存活的对象。基本思想就是通过“GC Roots”的对象作为起点向下寻找，当一个对象没有在一个GC Roots的寻找路径上时，也就是通过GC Roots引用链连接不到它时，那么这个对象就是不可达的，此时这个对象被断定为可以回收的对象。

在Java中，可以作为GC Roots的对象分为以下几种：
- Java栈中（栈帧中的本地变量表）引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈中JNI（Java Native Invoke，也就是native方法）引用的对象

了解以上基础来看一下常见的OOM：

Java堆上的OOM

我们都知道，Java堆中主要存放的是对象的实例，也就是说如果我们不断的添加新的对象，并且不被GC回收，那就会出现堆上的OOM

package oom;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Created by kay on 2017/9/11.
 * 测试堆上的 OOM
 */
public class Demo1 {

    static class HeapOOM{}

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

为了让上述代码加快OOM的发生，将虚拟机堆的大小限制在20M，通过指令：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 打印对象堆栈信息和限制堆的大小：
-Xms20M :堆最小20M
-Xmx20M：堆最大20M（最大与最小设置为一样，避免堆的自动扩容）
-Xmn10M:设置新生代的大小为10M(那么老年代就是20-10=10M)
-XX:SurvivorRatio=8 :设置新生代中Eden区与survivor区的大小比例为8：1（注意这里是Eden与一个幸存者区的比例，那么Eden：from：to=8：1：1）

使用IDEA配置VM参数如下：

配置好之后，运行上面的代码，很快就会出现OOM的错误：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
    at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
    at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 8192K->0K(9216K)] [ParOldGen: 8325K->639K(10240K)] 16517K->639K(19456K), [Metaspace: 3522K->3522K(1056768K)], 0.0064923 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    at oom.Demo1.main(Demo1.java:16)

Java heap space发生了错误。

Java栈和本地方法栈的溢出

我们使用的HotSpot并不区分Java栈和本地方法栈，通过-Xss参数来设置栈空间的大小。

package oom;

/**
 * Created by kay on 2017/9/11.
 *
 * 测试 *Error
 *  参数：-Xss128k
 */
public class Demo2 {

    private int i=1;

    public void method() {
        i++;
        method();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo2 demo2 = new Demo2();
        demo2.method();
    }
}

很快就会得到Exception in thread "main" java.lang.*Error的错误，栈空间溢出。

在《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》一书中说道:
关于Java栈与本地方法栈，Java虚拟机描述了两种异常：
1. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，则抛出*Error(类似于上面代码测试的情况)
2. 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存，则抛出OutOfMemoryError

对于第二种该怎么理解呢？
由于Java栈和本地方法栈时线程私有的，也就是说在多线程的情况下，虚拟机为每个线程单独分配一个Java栈空间，如果线程太多，内存不够分配了，那么这个时候就会发生OutOfMemoryError:unable to create native thread,有趣的是，当发生这种情况时，可以通过减小堆内存来给栈腾出更多的空间，或是设置更小的栈空来给每个线程这样就能有更多的线程，这种通过“减小”内存的方式来解决内存溢出的方式确实难以想到。

运行时常量池溢出

常量池溢出的情况比较好实现，就是不断往常量池中添加内容来达到，通过String的intern()方法就可以实现。
需要注意的是，在 jdk1.6 和 jdk1.7中可以通过设置
-XX:PermSize=2M -XX:MaxPermSize=2M来设置永久代的大小，但是在jdk 1.8中，永久代已经被彻底移除，如果使用下面的代码，将创建的常量放在元数据区，这个区域是直接内存，理论上来讲，如果不设置元数据的大小，虚拟机会耗尽系统的可用资源。

package oom;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Created by kay on 2017/9/11.
 * 常量池溢出
 */
public class Demo3 {

    public static void main(String[] args) {
        int i=1;
        List<String> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

方法区溢出

方法区主要存放的是Class的相关信息，如类名、字段描述、方法描述、常量池、访问修饰等，对于这个区域，主要是在运行时加载大量的类去填满它就会溢出，这类溢出情况主要会出现在利用字节码生成大量代理类的时候，比如一些框架如Spring、Hibernate对类增强时，利用CGLib字节码技术，如果增强的类越多，那么方法区就会动态生成Class放入。
还要一种情况是，大量的JSP文件生成，因为JSP第一次运行会被编译成Servlet（也是Java类),OSGI。。。这个不太了解，好像是它会用不同的类加载器加载，那也就会有更多不同的类产生。
CGLib没有用过，这里就不写测试了。

直接内存溢出

通过MaxDirectMemorySize指定直接内存大小，在BootstrapClassLoader加载时会rt.jar中的Unsafe类，我们只有通过反射取得这个类，在调用`unsafe.allocateMemory’时会申请分配直接内存。

package oom;
import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;

/**
 * Created by kay on 2017/9/11.
 * -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 */
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
        Field unsafeField= Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe =(Unsafe) unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(1024 * 1024);
        }

    }
}

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
    at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
    at oom.Demo4.main(Demo4.java:16)