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Java程序员必备:常见OOM异常分析

Hollis

共 5483字，需浏览 11分钟

 · 2020-01-21

前言

放假这几天，温习了深入理解Java虚拟机的第二章， 整理了JVM发生OOM异常的几种情况，并分析原因以及解决方案，希望对大家有帮助。

  

Java 堆溢出

Java堆用于存储对象实例，只要不断地创建对象，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，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

Java 堆溢出原因

  • 无法在 Java 堆中分配对象

  • 应用程序保存了无法被GC回收的对象。

  • 应用程序过度使用 finalizer。

Java 堆溢出排查解决思路

1.查找关键报错信息，如

  1. java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space
2.使用内存映像分析工具（如Eclipsc Memory Analyzer或者Jprofiler）对Dump出来的堆储存快照进行分析，分析清楚是内存泄漏还是内存溢出。
3.如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链，修复应用程序中的内存泄漏。
4.如果不存在泄漏，先检查代码是否有死循环，递归等，再考虑用 -Xmx 增加堆大小。
demo代码
  1. package oom;

  3. import java.util.ArrayList;
  4. import java.util.List;

  6. /**
  7.  * JVM配置参数
  8.  * -Xms20m    JVM初始分配的内存20m
  9.  * -Xmx20m   JVM最大可用内存为20m
  10.  * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 当JVM发生OOM时，自动生成DUMP文件
  11.  * -XX:HeapDumpPath=/Users/weihuaxiao/Desktop/dump/  生成DUMP文件的路径
  12.  */
  13. publicclassHeapOOM{
  14. staticclassOOMObject{
  15. }
  16. publicstaticvoid main(String[] args){
  17. List<OOMObject> list =newArrayList<OOMObject>();
  18. //在堆中无限创建对象
  19. while(true){
  20.             list.add(newOOMObject());
  21. }
  22. }
  23. }
运行结果
31e144882f56d2a0b75e8b2e522a254a.webp
按照前面的排查解决方案，我们来一波分析。
1.查找报错关键信息
  1. Exceptionin thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space
2. 使用内存映像分析工具Jprofiler分析产生的堆储存快照
cee14daa85e7adf2654c976b6ee661de.webp
由图可得，OOMObject这个类创建了810326个实例，是属于内存溢出，这时候先定位到对应代码，发现死循环导致的，修复即可。

栈溢出
关于虚拟机栈和本地方法栈，在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深度，将抛出StackOverflowError 异常；
  • 如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。
栈溢出原因
  • 在单个线程下，栈帧太大，或者虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出StackOverflowError 异常。
  • 不断地建立线程的方式会导致内存溢出。
栈溢出排查解决思路
  1. 查找关键报错信息，确定是StackOverflowError还是OutOfMemoryError
  2. 如果是StackOverflowError，检查代码是否递归调用方法等
  3. 如果是OutOfMemoryError，检查是否有死循环创建线程等，通过-Xss降低的每个线程栈大小的容量
demo代码
  1. package oom;

  3. /**
  4.  * -Xss2M
  5.  */
  6. publicclassJavaVMStackOOM{
  7. privatevoid dontStop(){
  8. while(true){

  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. }
运行结果
3dfc057c836ba67592403a0759d94794.webp
1.查找报错关键信息
  1. Exceptionin thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create newnative thread
2.确定是创建线程导致的栈溢出OOM
  1. Thread thread =newThread(newRunnable(){
  2. publicvoid run(){
  3.                     dontStop();
  4. }
  5. });
3.排查代码，确定是否显示使用死循环创建线程，或者隐式调用第三方接口创建线程（之前公司，调用腾讯云第三方接口，上传图片，遇到这个问题）

方法区溢出
方法区，（又叫永久代，JDK8后，元空间替换了永久代），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。运行时产生大量的类，会填满方法区，造成溢出。
方法区溢出原因
  • 使用CGLib生成了大量的代理类，导致方法区被撑爆
  • 在Java7之前，频繁的错误使用String.intern方法
  • 大量jsp和动态产生jsp
  • 应用长时间运行，没有重启
方法区溢出排查解决思路
  • 检查是否永久代空间设置得过小
  • 检查代码是否频繁错误得使用String.intern方法
  • 检查是否跟jsp有关。
  • 检查是否使用CGLib生成了大量的代理类
  • 重启大法，重启JVM
demo代码
  1. package oom;

  3. import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
  4. import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
  5. import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;

  7. import java.lang.reflect.Method;

  9. /**
  10.  *  jdk8以上的话，
  11.  *  虚拟机参数：-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. }
运行结果
57c92ba7fa111f39657048bbfa64e18b.webp
1.查找报错关键信息
  1. Causedby: java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
2.检查JVM元空间设置参数是否过小
  1. -XX:MetaspaceSize=10M-XX:MaxMetaspaceSize=10M
3. 检查对应代码,是否使用CGLib生成了大量的代理类
  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. }

本机直接内存溢出
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java 虚拟机规范中定义的内存区域。但是，这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OOM。
在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类，它可以使用 native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。
直接内存溢出原因
  • 本机直接内存的分配虽然不会受到Java 堆大小的限制，但是受到本机总内存大小限制。
  • 直接内存由 -XX:MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）一样。
  • NIO程序中，使用ByteBuffer.allocteDirect(capability)分配的是直接内存，可能导致直接内存溢出。
直接内存溢出
  • 检查代码是否恰当
  • 检查JVM参数-Xmx，-XX:MaxDirectMemorySize 是否合理。
demo代码
  1. package oom;

  3. import java.nio.ByteBuffer;
  4. import java.util.concurrent.TimeUnit;

  6. /**
  7.  * -Xmx256m -XX:MaxDirectMemorySize=100M
  8.  */
  9. publicclassDirectByteBufferTest{
  10. publicstaticvoid main(String[] args)throwsInterruptedException{
  11. //分配128MB直接内存
  12. ByteBuffer bb =ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);

  14. TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
  15. System.out.println("ok");
  16. }
  17. }
运行结果
1d90f8cad23ca7cc6c654a7f1d218ab9.webp
ByteBuffer分配128MB直接内存，而JVM参数-XX:MaxDirectMemorySize=100M指定最大是100M，因此发生直接内存溢出。
  1. ByteBuffer bb =ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);
  
GC overhead limit exceeded
  • 这个是JDK6新加的错误类型，一般都是堆太小导致的。
  • Sun 官方对此的定义：超过98%的时间用来做GC并且回收了不到2%的堆内存时会抛出此异常。
解决方案
  • 检查项目中是否有大量的死循环或有使用大内存的代码，优化代码。
  • 检查JVM参数-Xmx -Xms是否合理
  • dump内存，检查是否存在内存泄露，如果没有，加大内存。
demo代码
  1. package oom;

  3. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  4. import java.util.concurrent.Executors;

  6. /**
  7.  * JVm参数 -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. }
运行结果
e28285b175e11d1369890c14a82433b8.webp实例代码使用了newFixedThreadPool线程池，它使用了无界队列，无限循环执行任务，会导致内存飙升。因为设置了堆比较小，所以出现此类型OOM。
  
总结
本文介绍了以下几种常见OOM异常
  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异常时，对症下药，顺利解决问题。同时，如果有哪里写得不对，欢迎指出，感激不尽。 
参考与感谢
  • JVM系列之实战内存溢出异常
  • JVM 发生 OOM 的 8 种原因、及解决办法
  • NIO-直接内存
  • 《深入理解Java虚拟机》

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