摘要：堆堆是用來存儲對象實例的因此如果我們不斷地創建對象并且保證和創建的對象之間有可達路徑以免對象被垃圾回收那么當創建的對象過多時會導致內存不足進而引發異常上面是一個引發異常的代碼我們可以看到它就是通過不斷地創建對象并將對象保存在中防止其被

Java 堆是用來存儲對象實例的, 因此如果我們不斷地創建對象, 并且保證 GC Root 和創建的對象之間有可達路徑以免對象被垃圾回收, 那么當創建的對象過多時, 會導致 heap 內存不足, 進而引發 OutOfMemoryError 異常.

/**
 * @author xiongyongshun
 * VM Args: java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class OutOfMemoryErrorTest {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(i++);
        }
    }
}

上面是一個引發 OutOfMemoryError 異常的代碼, 我們可以看到, 它就是通過不斷地創建對象, 并將對象保存在 list 中防止其被垃圾回收, 因此當對象過多時, 就會使堆內存溢出.
通過 java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 我們設置了堆內存為 10 兆, 并且使用參數 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 讓 JVM 在發生 OutOfMemoryError 異常時打印出當前的內存快照以便于后續分析.
編譯運行上述代碼后, 會有如下輸出:

>>> java -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError com.test.OutOfMemoryErrorTest                                                                                            16-10-02 23:35
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid1810.hprof ...
Heap dump file created [14212861 bytes in 0.125 secs]
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)
        at com.test.OutOfMemoryErrorTest.main(OutOfMemoryErrorTest.java:15)

我們知道, JVM 的運行時數據區中有一個叫做 虛擬機棧 的內存區域, 此區域的作用是: 每個方法在執行時都會創建一個棧幀, 用于存儲局部變量表, 操作數棧, 方法出口等信息.
因此我們可以創建一個無限遞歸的遞歸調用, 當遞歸深度過大時, 就會耗盡棧空間, 進而導致了 StackOverflowError 異常.
下面是具體的代碼:

/**
 * @author xiongyongshun
 * VM Args: java -Xss64k
 */
public class OutOfMemoryErrorTest {
    public static void main(String[] args) {
        stackOutOfMemoryError(1);
    }

    public static void stackOutOfMemoryError(int depth) {
        depth++;
        stackOutOfMemoryError(depth);
    }
}

當編譯運行上述的代碼后, 會輸出如下異常信息:

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.test.OutOfMemoryErrorTest.stackOutOfMemoryError(OutOfMemoryErrorTest.java:27)

注意, 因為 JDK8 已經移除了永久代, 取而代之的是 metaspace, 因此在 JDK8 中, 下面兩個例子都不會導致 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 異常.

在 Java 1.6 以及之前的 HotSpot JVM 版本時, 有永久代的概念, 即 GC 的分代收集機制是擴展至方法區的. 在方法區中, 有一部分內存是用于存儲常量池, 因此如果代碼中常量過多時, 就會耗盡常量池內存, 進而導致內存溢出.
那么如何添加大量的常量到常量池呢? 這時就需要依靠 String.intern() 方法了. String.intern() 方法的作用是: 若此 String 的值在常量池中已存在, 則這個方法返回常量池中對應字符串的引用; 反之將此 String 所包含的值添加到常量池中, 并返回此 String 對象的引用. 在 JDK 1.6 以及之前的版本中, 常量池分配在永久代中, 因此我們可以通過設置參數 "-XX:PermSize" 和 "-XX:MaxPermSize" 來間接限制常量池的大小.

注意, 上面所說的 String.intern() 方法和常量池的內存分布僅僅針對于 JDK 1.6 及之前的版本, 在 JDK 1.7 或以上的版本中, 由于去除了永久代的概念, 因此內存布局稍有不同.

下面是實現常量池內存溢出的代碼例子:

/**
 * @author xiongyongshun
 * VM Args:  -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M 
 */
public class RuntimeConstantPoolOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

我們看到, 這個例子中, 正是使用了 String.intern() 方法, 向常量池中添加了大量的字符串常量, 因而導致了常量池的內存溢出.
我們通過 JDK1.6 編譯并運行上面的代碼, 會有如下輸出:

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
        at java.lang.String.intern(Native Method)
        at com.test.RuntimeConstantPoolOOMTest.main(RuntimeConstantPoolOOMTest.java:16)

需要注意的是, 如果通過 JDK1.8 來編譯運行上面代碼的話, 會有如下警告, 并且不會產生任何的異常:

>>> java -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M com.test.RuntimeConstantPoolOOMTest                                                                                                  16-10-03 0:23
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option PermSize=10M; support was removed in 8.0
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option MaxPermSize=10M; support was removed in 8.0

方法區作用是存放 Class 的相關信息, 例如類名, 類訪問修飾符, 字段描述, 方法描述等. 因此如果方法區過小, 而加載的類過多, 就會造成方法區的內存溢出.

//VM Args:  -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
public class MethodAreaOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOMTest.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
                    return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
                }
            });

            enhancer.create();
        }
    }
}

上面的代碼中, 我們借助 CGlib 來動態地生成大量的類, 在 JDK6 下, 運行上面的代碼會產生 OutOfMemoryError: PermGen space 異常:

/System/Library/Frameworks/JavaVM.framework/Versions/1.6/Home/bin/java -jar -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M target/Test-1.0-SNAPSHOT.jar

輸出結果如下:

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
        at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
        at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:637)
        at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:621)
        ... 11 more

在 方法區的內存溢出 內存溢出一節中, 我們提到, JDK8 沒有了永久代的概念, 因此那兩個例子在 JDK8 下沒有實現預期的效果. 那么在 JDK8 下, 是否有類似方法區內存溢出之類的錯誤呢? 當然有的. 在 JDK8 中, 使用了 MetaSpace 的區域來存放 Class 的相關信息, 因此當 MetaSpace 內存空間不足時, 會拋出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace 異常.

我們還是以上面提到的例子為例:

//VM Args: -XX:MaxMetaspaceSize=10M
public class MethodAreaOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOMTest.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
                    return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
                }
            });

            enhancer.create();
        }
    }
}

此例子的代碼部分沒有改動, 唯一的區別是我們需要使用 JDK8 來運行這段代碼, 并且設著參數 -XX:MaxMetaspaceSize=10M, 這個參數告訴 JVM Metaspace 的最大大小是 10M.
接著我們使用 JDK8 來編譯運行這個例子, 輸出如下異常:

>>> java -jar -XX:MaxMetaspaceSize=10M target/Test-1.0-SNAPSHOT.jar
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.generate(AbstractClassGenerator.java:345)
    at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.generate(Enhancer.java:492)
    at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator$ClassLoaderData.get(AbstractClassGenerator.java:114)
    at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:291)
    at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:480)
    at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:305)
    at com.test.MethodAreaOOMTest.main(MethodAreaOOMTest.java:22)