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剖析 java outofmemoryerror 异常 · 物联网平台-威尼斯人最新

so_cool · 2020年03月08日 · 最后由 回复于 2022年09月03日 · 376 次阅读

在 jvm 中，除了程序计数器外，虚拟机内存中的其他几个运行时区域都有发生 outofmemoryerror 异常的可能，本篇就来深入剖析一下各个区域出现 oom 异常的情形，以及如何解决各个区域的 oom 问题。

本篇主要包括如下内容：

  • java 堆溢出
  • 运行时常量池和方法区溢出
  • 本地内存溢出
    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 jvm 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溢出异常。

堆溢出复现 要复现这种情况也很简单：将 java 堆的大小限制为固定值，且不可扩展（将堆的最小值-xms 参数与最大值-xmx 参数设置为一样即可避免堆自动扩展）；当使用一个 while(true) 循环来不断创建对象就会发生 outofmemory，还可以使用 -xx: heapdumpoutofmemoryerorr 当发生 oom 时会自动 dump 堆栈到文件中。

测试代码：

public static void main(string[] args) {
    list<string> list = new arraylist<>() ;
    while (true){
        list.add("1") ;
    }
}

运行结果：

原因 exception in thread "main" java.lang.outofmemoryerror: java heap space 即是说发生了堆溢出。

  1. 代码中可能存在大对象分配 ；
  2. 可能存在内存泄露，导致在多次 gc 之后，还是无法找到一块足够大的内存容纳当前对象；
  3. 如果不是以上两种情况，也就是说内存中的对象都必须存活，就应当检查虚拟机的堆参数（-xmx 与-xms），是否设置的堆内存空间太小，以及检查代码中是否存在某些对象声明周期过长、持有状态时间过长的情况。

上面复现代码产生堆溢出的原因主要是第三点。

解决方法

  1. 检查是否存在大对象的分配，最有可能的是大数组分配；
  2. 通过 jmap 命令，把堆内存 dump 下来，使用 mat 工具分析一下，检查是否存在内存泄露的问题
  3. 如果没有找到明显的内存泄露，使用 -xmx 加大堆内存；
  4. 还有一点容易被忽略，检查是否有大量的自定义的 finalizable 对象，也有可能是框架内部提供的，考虑其存在的必要性。

运行时常量池和方法区溢出
运行时常量池是方法区的一部分，我们先对运行时常量池溢出进行测试。

运行时常量池溢出复现
最典型的使用运行时常量池的方法是 string 的 intern() 方法，该方法是一个 native 方法，它的作用是：如果字符串常量池中已经包含一个等于此 string 对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的 string 对象；否则，将此 string 包含的字符串添加到常量池中，并且返回此 string 对象的引用。

在 jdk1.6 及以前的版本中，由于常量池分配在永久代中，可以通过-xx:permsize 和-xx:maxpermsize 限制方法区大小，从而限制其中常量池的容量

测试代码：

public static void main(string[] args) {
    list<string> list = new arraylist<>();
    int i = 0;
    while (true) {
        list.add(string.valueof(i  ).intern());
    }
}

笔者所用为 jdk1.8，已经去除了对这两个 jvm 参数的支持，程序执行的结果如下：

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

暂不做深究。

方法区溢出复现

方法区用于存放 class 的相关信息，包括类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。可以通过借助 cglib 直接操作字节码运行时生成大量的动态类，来填满方法区。

permsize 和 maxpermsize 已经不能使用了，那在 jdk1.8 中怎么设置方法区大小呢？

jdk 8 中将类信息移到了本地堆内存 (native heap) 中，将原有的永久代移动到了本地堆中成为 metaspace ,如果不指定该区域的大小，jvm 将会动态的调整。

可以使用 -xx:maxmetaspacesize=10m 来限制最大元空间。这样当不停的创建类时将会占满该区域并出现 oom。

测试代码：

public static void main(string[] args) {
    while (true){
        enhancer  enhancer = new enhancer() ;
        enhancer.setsuperclass(main.class);
        enhancer.setusecache(false) ;
        enhancer.setcallback(new methodinterceptor() {
            @override
            public object intercept(object o, method method, object[] objects, methodproxy methodproxy) throws throwable {
                return methodproxy.invoke(o,objects) ;
            }
        });
        enhancer.create() ;
    }
}

设置好 jvm 参数后，执行上述代码，得到下面的额结果：

exception in thread "main" java.lang.outofmemoryerror: metaspace
    at org.springframework.cglib.core.reflectutils.defineclass(reflectutils.java:530)
    at org.springframework.cglib.core.abstractclassgenerator.generate(abstractclassgenerator.java:363)
    at org.springframework.cglib.proxy.enhancer.generate(enhancer.java:582)
    at org.springframework.cglib.core.abstractclassgenerator$classloaderdata.get(abstractclassgenerator.java:131)
    at org.springframework.cglib.core.abstractclassgenerator.create(abstractclassgenerator.java:319)
    at org.springframework.cglib.proxy.enhancer.createhelper(enhancer.java:569)
    at org.springframework.cglib.proxy.enhancer.create(enhancer.java:384)
    at com.etekcity.cloud.main.main(main.java:27)
process finished with exit code 1

这里的 oom 伴随的是 exception in thread "main" java.lang.outofmemoryerror: metaspace 也就是元空间溢出。

方法区溢出在应用中是比较常见的 oom 异常，spring、hibernate 等框架在对类进行增强时，都会使用到 cglib 技术来增强类，增强的类越多，对方法区的容量要求就越大，就越可能出现方法区的 oom 异常。

解决方法

因为该 oom 原因比较简单，解决方法有如下几种：

  1. 检查是否永久代空间或者元空间设置的过小；
  2. 检查代码中是否存在大量的反射操作；
  3. dump 之后通过 mat 检查是否存在大量由于反射生成的代理类；
  4. 重启 jvm。

本机内存溢出
以上 oom 异常都是出现于 jvm 内部，那么如果是机器本身分给 jvm 的内存不够导致溢出呢。

机器本身分给 jvm 的内存容量可以通过-xx:maxdirectmemorysize 指定，如果不指定，则默认与 java 堆最大值（-xmx 指定一样）。

可以通过反射获取 unsafe 实例进行内存分配，测试代码如下：

public static void main(string[] args) throws illegalaccessexception {
    field unsafefield = unsafe.class.getdeclaredfields()[0];
    unsafefield.setaccessible(true);
    unsafe unsafe = (unsafe) unsafefield.get(null);
    while (true) {
        unsafe.allocatememory(1024 * 1024);
    }
}

运行结果如下：

exception in thread "main" java.lang.outofmemoryerror
    at sun.misc.unsafe.allocatememory(native method)
    at main.main(main.19)

有 directmemory 导致的内存溢出，在 heap dump 文件中不会看到明显的异常，如果发现 oom 之后的 dump 文件很小，可以考虑一下是否是这方面的原因。
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