【JVM】关于OOM的二三事

2020 年 6 月 2 日
笔记
JVM

组织架构

严格来说，StackOverflowError和OutOfMemoryError都属于错误，而不是异常。

java.lang.StackOverflowError

1 public class StackOverflowErrorDemo {
2     public static void method(){
3         method();
4     }
5     public static void main(String[] args) {
6         method();
7     }
8 }

在上例中，方法的深度调用，导致栈溢出。

java.lang.OutOfMemoryError

java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

 1 public class JavaHeapSpaceDemo {
 2     private static List<String> list = new ArrayList<>();
 3     public static void main(String[] args) {
 4         String str = "";
 5         while(true){
 6             str += str + new Random().nextInt(111111);
 7             list.add(str);
 8         }
 9     }
10 }

Java堆用于存储对象实例，不断创建对象，保证这些对象到GC Roots有可达路径，可以避免对象被垃圾回收，很快对象数量就会达到最大堆的容量限制，产生内存溢出异常。

java.lang.OutOfMemoryError:GC overhead limit exceeded

jdk1.6新增的错误类型，GC回收时间过长时会抛出OOM。超过98%的时间用来做GC，但是只回收了2%的堆内存，连续多次垃圾回收，只回收了不到2%的极端情况才会抛出。

经过垃圾回收释放的2%可用内存空间会快速的被填满，迫使GC再次执行，出现频繁的执行GC操作，服务器会因为频繁的执行GC垃圾回收操作而达到100%的使用率，服务器运行变慢，应用系统会出现卡死现象，平常只需几毫秒就可以执行的操作，现在需要更长时间，甚至是好几分钟才可以完成。

如果不抛出GC overhead limit exceeded，GC会频繁的执行，但是被占用的内存，经过多次长时间的GC操作都无法回收，导致可用内存越来越少，俗称内存泄露。

1 public class GCOverheadDemo {
2     public static void main(String[] args) {
3         int i =0;
4         List<String> list = new ArrayList<>();
5         while (true){
6             list.add(String.valueOf(++i).intern());
7         }
8     }
9 }

String.intern()是一个Native方法，底层调用C++的 StringTable::intern方法实现。

当通过语句str.intern()调用intern()方法后，JVM 就会在当前类的常量池中查找是否存在与str等值的String，若存在则直接返回常量池中相应Strnig的引用；若不存在，则会在常量池中创建一个等值的String，然后返回这个String在常量池中的引用。

在此为了快速产生这种异常，首先配置VM options为【-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=5m】，再通过intern()循环创建字符串。从GC的打印日志可以看出，虽然一直在JVM执行GC，但是回收没有效果，最终抛出异常。

java.lang.OutOfMemoryError:Direct buffer memory

产生这种异常的原因是，写NIO程序经常使用ByteBuffer来读取或写入，NIO是一种基于通道和缓冲区的IO方式，它可以使用本地函数库直接分配堆外内存，通过存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样可以在一些情况下显著提升性能，它避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

ByteBuffer有两种分配内存的方式：

allocate：分配JVM堆内存，属于GC范畴，需要拷贝数据，速度慢。
allocateDirect：分配OS本地内存，不属于GC范畴，不需要内存拷贝，速度较快。

如果不断分配本地内存，堆内存很少使用，JVM也就不需要GC，DirectByteBuffer对象就不会被回收，如果本地内存快被用完了，之后再分配本地内存就会抛出OOM。

java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread

高并发请求服务器的时候，经常会出现该异常，该异常与平台有关，导致的原因是应用创建了太多线程，一个应用进程创建多个线程，超过系统承载的极限，服务器不允许创建这么多线程，linux默认允许单个进程创建的线程数是1024个。如果超过允许的值，就会抛出异常。

解决的方法是减少创建线程的数量，尽可能少的创建线程。或者修改服务器配置，扩大限制的线程数量。

java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace

Java8之后元空间取代了永久代，元空间的本质和永久代类似，都是JVM规范中方法区的实现，其区别在于元空间不虚拟机中，而是在本地内存中，默认情况下，元空间大小仅受内存限制。主要存放：虚拟机加载的类信息、常量池、静态变量、即时编译后的代码。

解决的方法是通过配置-XX:MaxMetaspaceSize=512m参数，增大Metaspace的空间。

还可以直接去掉 Metaspace 的大小限制。但是，如果不限制Metaspace内存的大小，当物理内存过载的时候，有可能会引起内存交换，严重拖累系统性能。此外，还可能造成native内存分配失败等问题。

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