深入理解Java虚拟机笔记1: OOM实战

 2019-12-22 10:29  阅读(779)
文章分类:JVM

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-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:

  1. Java堆溢出
  2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出
  3. 方法区和运行时常量池溢出
  4. 本机直接内存溢出
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