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模拟Java内存溢出

本文通过修改虚拟机启动参数,来剖析常见的java内存溢出异常(基于jdk1.8)。

[TOC]

修改虚拟机启动参数

  这里我们使用的是IDEA集成开发环境,选择Run/Debug Configurations

  然后选择Configuration,修改VM options配置,就可以修改虚拟机启动参数了,本文的示例代码doc注释部分将会给出需要设置的虚拟机参数。

Java堆溢出

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 堆溢出测试.
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * -XX:HeapDumpPath=/Users/lijl/Desktop
 *
 * jialin.li
 * 2020-04-08 10:02
 */
public class HeapOOM {
    public static void main(String[] args) {
        List<HeapOOM> list = new ArrayList<>();

        while (true) {
            list.add(new HeapOOM());
        }
    }
}

  这里简单解释一下代码,我们通过-xms20m -Xmx20m两个参数,限制了Java堆的大小为20MB,不可扩展,后两个参数控制了当出现了OutOfMemoryError时,会Dump出当前内存的堆转储快照,并保存到指定位置中。
  接下来我们可以使用jdk自带的VisualVM来打开快照文件。
  命令行输入jvisualvm,点击左上角的装入,选中我们dump出来的堆快照文件。

  经过重新加载的堆内存记录如下:

  这里可以很直观的看出,OutOfMemoryError产生的原因,是HeapOOM这个对象导致的。
  解决问题的思路是:首先我们要排除内存泄露,即我们不需要的对象没有被回收掉。我们要找到泄漏的对象是如何与GC Root进行关联的?从而准确定位出泄漏代码的位置,然后进行修改。
  如果不是内存泄漏,即堆中的对象必须存活,这个时候,我们可以通过调节虚拟机的堆参数(-Xms -Xmx),适当调大堆内存。但是在此之前,我们一定要检查一下代码是否存在优化的空间,如:是否存在某些对象的生命周期过长?是否可以使用享元模式减少对象数量?等等

虚拟机栈溢出

/**
 * 栈溢出测试.
 * VM Args: Xss128k
 *
 * jialin.li
 * 2020-04-08 10:02
 */
public class StackSOF {

    private static int stackLength = 1;

    public static void main(String[] args) {
        stackLeak();
    }

    private static void stackLeak(){
        try{
            stackLength++;
            stackLeak();
        }catch (StackOverflowError e){
            System.out.println("stack Length:" +stackLength);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

  StackOverflowError属于比较好排查的一种错误,有错误栈可以阅读,大部分出现这种错误,都是递归程序书写的问题,没有弄清楚什么时候需要return;结束递归。

  这里有一个有趣的现象,操作系统给每个进程分配的内存是有限的,在多线程的场景下,如果每个线程分配的栈内存过大,就会导致OOM,这个时候可以适当减少每个线程的栈内存,来解决溢出问题(这可能不是最好的办法,只是因为这是一种比较不符合直觉的解决问题方式,所以这里单独说一下)。

方法区溢出

  方法区用来存放Class相关的信息,比如类名、访问修饰符、常量池、字段描述等等。我们可以用运行时产生的大量的类填满方法区,这里我们使用了gclib来操作字节码,maven坐标如下:

<!-- cglib -->
<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>2.2.2</version>
</dependency>

代码:

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;

/**
 * 方法区溢出测试.
 * VM Args: -XX:PermSize=10k -XX:MaxPermSize=10k
 *
 * jialin.li
 * 2020-04-08 14:18
 */
public class JavaMethodAreaOOM {
    public static void main(String[] args) {
        while (true){
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (o, method, objects, methodProxy) -> methodProxy.invokeSuper(o, args));
        }
    }

    static class OOMObject{

    }
}

  如果你用的也是和我一样的jdk1.8,此时我们将没有办法得到OOM,因为在jdk1.8之后,PermGen已经被移除了,所以永久代的参数也被一同移除。方法区的静态变量和常量池并入堆中,而类的元信息放到元空间中,元空间是一块本地内存,所以它的最大可分配空间就是系统内存的最大可用空间。
  我们可以将参数改为:VM Args: -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m,再执行上述代码,发现即使在设置了元空间大小的情况下,仍然不会触发OOM,可见元空间可以有效解决方法区OOM问题(会触发元空间的垃圾回收策略)。

本机直接内存溢出

  这种情况发生的比较少,直接内存的容量,我们可以通过-XX:MaxDirectMemorySize来指定,如果不指定,默认与堆的最大值一样。我们可以通过Unsafe提供的方法申请本地内存分配。

import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;

/**
 * 本机内存溢出.
 * VM Args: -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 *
 * jialin.li
 * 2020-04-08 15:53
 */
public class DirectMemoryOOM {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    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(_1MB);
        }
    }
}

  如果你是IDE集成开发环境,可能会因为内存不足结束执行程序。

Process finished with exit code 137 

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