Java內存區域及內存溢出

cheukyin 發布于2019-08-15 17:43 / 2918人閱讀

摘要：直接通過可以造成本機內存溢出。小節內存區域描述異常程序計數器略略略虛擬機棧存放編譯器可知的各種基本類型，對象引用和類型每個線程的棧大小堆存放對象實例最大值最小值運行時常亮池存放編譯期生成的字面量和符號引用，運行期也能放入常量池。

堆溢出

Java堆用于存儲對象實例，只要不斷地創建對象，并且保證GC Roots到對象之間有可達路徑避免垃圾回收，當到達最大堆的容量限制后就會產生Java.lang.OutOfMemoryError.

/**
 * VM Options:
 * -Xms20M
 * -Xmx20M
 * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class HeapOOM{
    static class OOMObject{}
    
    public static void main(String[] args){
        List list = new ArrayList();
        while(true){
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

結果：
GC多次執行后觸發OutOfMemoryError.

棧溢出

關于虛擬機棧，在Java規范中描述了兩種異常：

如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常。

如果虛擬機在擴展棧時無法申請到足夠的內存空間，則拋出OutOfMemoryError異常。

然而，在單線程下，虛擬機在棧空間不足時會嘗試擴展棧空間，因此，當無法繼續分配時，到底是內存太小，還是已使用的棧空間太大，其實是一回事。在實驗中，單線程環境下，只會拋出StackOverflowError異常。

/**
 * VM Option:
 * -Xss160K
 */
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(Throwable e){
            System.out.println("Stack length:" + oom.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

結果：

操作系統分配給每個進程的內存是有限制的，通常為操作系統限制總內存-最大堆容量(Xmx)-最大方法區容量(MaxPermSize)-程序計數器消耗。每個線程分配到的棧容量越大，可以建立的線程數目越小。

/**
 * VM Options:
 * -Xss2M
 */
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) throws Throwable{
        JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

結果：
Exception in thread "main" java.lang.outOfMemoryError: unable to create new native thread

運行時常量池溢出

運行時常量池在JDK 1.6及之前版本中在方法區中，在1.7及之后轉移至堆空間。在JDK 1.6及之前版本中可以通過限制方法區大小，從而間接限制運行時常量池大小。

/**
 * ONLY WORKS BEFORE JDK 1.7
 * VM Options:
 * -XX:PermSize=10M
 * -XX:MaxPermSize=10M
public class RuntimeConstantPoolOOM{
    public static void main(String[] args){
        List list = new ArrayList();
        int i = 0;
        while(true){
            list.add(String.valueof(i++).intern());
        }
    }
}

結果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

方法區溢出

方法區用于存放Class相關信息，因此要使得方法區溢出，除了在JDK 1.7之前使運行時常量池溢出外，基本的思路是運行時生成大量的類去填滿方法區。
結果
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

直接內存(DirectMemory)溢出

直接內存不是虛擬機運行時數據區的一部分。在JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)類，引入了一種基于通道(Channel)與緩沖區(Buffer)的I/O方式，使用Native函數庫直接分配堆外內存。
DirectMemory容量可通過-XX: MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，則默認與Java堆最大值一樣(-Xmx)。直接通過allocateMemory可以造成本機內存溢出。

結果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
直接內存溢出的一個特征是Heap Dump文件中不會看先明顯的異常指示。如果OOM之后Dump文件很小，而程序中又直接或間接使用了DIO，就應該檢查是否直接內存溢出。

String.intern()

String.intern()是一個Native方法，作用是：如果字符串常量池中已經包含一個等于此String對象的字符串，則返回代表池中這個字符串的String對象，否則，將此String對象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String對象的引用。

public class RuntimeConstantPoolOOM{
    public static void main(String[] args){
        String str1 = new StringBuilder("計算機").append("軟件").toString();
        System.out.println(str1.intern() == str1);//JDK 1.6 false JDK 1.7 true
        
        String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
        System.out.println(str2.intern() == str2);//JDK 1.6 false JDK 1.7 true
    }
}

在JDK 1.6中，intern()方法會把首次遇到的字符串實例復制到永久代(方法區運行時常量池)，返回的是這個永久代中這個字符串實例的引用，而由StringBuilder創建的字符串實例在Java堆上，所以必然不是同一個引用。
在JDK 1.7中，intern()實現不會再復制，只是在常量池中記錄首次出現的實例引用，因此intern()返回的引用和由StringBuilder創建的那個字符串實例是同一個。

小節

內存區域	描述	VM Option	異常
程序計數器	略	略	略
虛擬機棧	存放編譯器可知的各種基本類型，對象引用和returnAddress類型	-Xss160K 每個線程的棧大小	StackOverflowError/OutOfMemoryError
Java堆	存放對象實例	-Xms10M 最大值 -Xmx20M 最小值	OutOfMemory: Java heap space
運行時常亮池	存放編譯期生成的字面量和符號引用，運行期也能放入常量池(string.intern())。JDK 1.7之前在方法區中，JDK 1.7及之后移至堆中	隨方法區或堆設置	OutOfMemoryError
方法區	存儲虛擬機加載的類信息、常亮、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據，又稱為永久代(Permanent Generation)	-XX:PermSize=10M 初始值 -XX:MaxPermSize=20M 最大值	OutOfMemoryError: PermGen space
直接內存	在JDK 1.4中加入NIO類，直接分配堆外內存	-XX:MaxDirectMemorySize=10M, 如果不指定默認與-Xmx一樣	OutOfMemoryError

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