Java程序员必备:常见OOM异常分析

Hollis | 31 01-21 0 0 0

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;


  2. import java.util.ArrayList;

  3. import java.util.List;


  4. /**

  5. * JVM配置参数

  6. * -Xms20m JVM初始分配的内存20m

  7. * -Xmx20m JVM最大可用内存为20m

  8. * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 当JVM发生OOM时,自动生成DUMP文件

  9. * -XX:HeapDumpPath=/Users/weihuaxiao/Desktop/dump/ 生成DUMP文件的路径

  10. */

  11. publicclassHeapOOM{

  12. staticclassOOMObject{

  13. }

  14. publicstaticvoid main(String[] args){

  15. List<OOMObject> list =newArrayList<OOMObject>();

  16. //在堆中无限创建对象

  17. while(true){

  18. list.add(newOOMObject());

  19. }

  20. }

  21. }

运行结果

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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

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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;


  2. /**

  3. * -Xss2M

  4. */

  5. publicclassJavaVMStackOOM{

  6. privatevoid dontStop(){

  7. while(true){


  8. }

  9. }

  10. publicvoid stackLeakByThread(){

  11. while(true){

  12. Thread thread =newThread(newRunnable(){

  13. publicvoid run(){

  14. dontStop();

  15. }

  16. });

  17. thread.start();}

  18. }

  19. publicstaticvoid main(String[] args){

  20. JavaVMStackOOM oom =newJavaVMStackOOM();

  21. oom.stackLeakByThread();

  22. }

  23. }

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;


  2. import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;

  3. import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;

  4. import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;


  5. import java.lang.reflect.Method;


  6. /**

  7. * jdk8以上的话,

  8. * 虚拟机参数:-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M

  9. */

  10. publicclassJavaMethodAreaOOM{

  11. publicstaticvoid main(String[] args){

  12. while(true){

  13. Enhancer enhancer =newEnhancer();

  14. enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);

  15. enhancer.setUseCache(false);

  16. enhancer.setCallback(newMethodInterceptor(){

  17. publicObject intercept(Object obj,Method method,

  18. Object[] args,MethodProxy proxy)throwsThrowable{

  19. return proxy.invokeSuper(obj, args);

  20. }

  21. });

  22. enhancer.create();

  23. }

  24. }

  25. staticclassOOMObject{

  26. }

  27. }

运行结果

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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;


  2. import java.nio.ByteBuffer;

  3. import java.util.concurrent.TimeUnit;


  4. /**

  5. * -Xmx256m -XX:MaxDirectMemorySize=100M

  6. */

  7. publicclassDirectByteBufferTest{

  8. publicstaticvoid main(String[] args)throwsInterruptedException{

  9. //分配128MB直接内存

  10. ByteBuffer bb =ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);


  11. TimeUnit.SECONDS.sleep(10);

  12. System.out.println("ok");

  13. }

  14. }

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;


  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;

  3. import java.util.concurrent.Executors;


  4. /**

  5. * JVm参数 -Xmx8m -Xms8m

  6. */

  7. publicclassGCoverheadTest{

  8. publicstaticvoid main(String[] args){

  9. ExecutorService executor =Executors.newFixedThreadPool(10);

  10. for(int i =0; i <Integer.MAX_VALUE; i++){

  11. executor.execute(()->{

  12. try{

  13. Thread.sleep(10000);

  14. }catch(InterruptedException e){

  15. //do nothing

  16. }

  17. });

  18. }

  19. }

  20. }

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》


有道无术,术可成;有术无道,止于术

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好文章,我在看❤️

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