Java內(nèi)存區(qū)域及內(nèi)存溢出

cheukyin 發(fā)布于2019-08-15 17:43 / 2925人閱讀

摘要：直接通過可以造成本機(jī)內(nèi)存溢出。小節(jié)內(nèi)存區(qū)域描述異常程序計(jì)數(shù)器略略略虛擬機(jī)棧存放編譯器可知的各種基本類型，對(duì)象引用和類型每個(gè)線程的棧大小堆存放對(duì)象實(shí)例最大值最小值運(yùn)行時(shí)常亮池存放編譯期生成的字面量和符號(hào)引用，運(yùn)行期也能放入常量池。

堆溢出

Java堆用于存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例，只要不斷地創(chuàng)建對(duì)象，并且保證GC Roots到對(duì)象之間有可達(dá)路徑避免垃圾回收，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大堆的容量限制后就會(huì)產(chǎn)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(jié)果：
GC多次執(zhí)行后觸發(fā)OutOfMemoryError.

棧溢出

關(guān)于虛擬機(jī)棧，在Java規(guī)范中描述了兩種異常：

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

如果虛擬機(jī)在擴(kuò)展棧時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存空間，則拋出OutOfMemoryError異常。

然而，在單線程下，虛擬機(jī)在?？臻g不足時(shí)會(huì)嘗試擴(kuò)展?？臻g，因此，當(dāng)無法繼續(xù)分配時(shí)，到底是內(nèi)存太小，還是已使用的?？臻g太大，其實(shí)是一回事。在實(shí)驗(yàn)中，單線程環(huán)境下，只會(huì)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(jié)果：

操作系統(tǒng)分配給每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存是有限制的，通常為操作系統(tǒng)限制總內(nèi)存-最大堆容量(Xmx)-最大方法區(qū)容量(MaxPermSize)-程序計(jì)數(shù)器消耗。每個(gè)線程分配到的棧容量越大，可以建立的線程數(shù)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(jié)果：
Exception in thread "main" java.lang.outOfMemoryError: unable to create new native thread

運(yùn)行時(shí)常量池溢出

運(yùn)行時(shí)常量池在JDK 1.6及之前版本中在方法區(qū)中，在1.7及之后轉(zhuǎn)移至堆空間。在JDK 1.6及之前版本中可以通過限制方法區(qū)大小，從而間接限制運(yùn)行時(shí)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(jié)果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

方法區(qū)溢出

方法區(qū)用于存放Class相關(guān)信息，因此要使得方法區(qū)溢出，除了在JDK 1.7之前使運(yùn)行時(shí)常量池溢出外，基本的思路是運(yùn)行時(shí)生成大量的類去填滿方法區(qū)。
結(jié)果
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

直接內(nèi)存(DirectMemory)溢出

直接內(nèi)存不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)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(qū)(Buffer)的I/O方式，使用Native函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存。
DirectMemory容量可通過-XX: MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，則默認(rèn)與Java堆最大值一樣(-Xmx)。直接通過allocateMemory可以造成本機(jī)內(nèi)存溢出。

結(jié)果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
直接內(nèi)存溢出的一個(gè)特征是Heap Dump文件中不會(huì)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(yīng)該檢查是否直接內(nèi)存溢出。

String.intern()

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

public class RuntimeConstantPoolOOM{
    public static void main(String[] args){
        String str1 = new StringBuilder("計(jì)算機(jī)").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(huì)把首次遇到的字符串實(shí)例復(fù)制到永久代(方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池)，返回的是這個(gè)永久代中這個(gè)字符串實(shí)例的引用，而由StringBuilder創(chuàng)建的字符串實(shí)例在Java堆上，所以必然不是同一個(gè)引用。
在JDK 1.7中，intern()實(shí)現(xiàn)不會(huì)再?gòu)?fù)制，只是在常量池中記錄首次出現(xiàn)的實(shí)例引用，因此intern()返回的引用和由StringBuilder創(chuàng)建的那個(gè)字符串實(shí)例是同一個(gè)。

小節(jié)

內(nèi)存區(qū)域	描述	VM Option	異常
程序計(jì)數(shù)器	略	略	略
虛擬機(jī)棧	存放編譯器可知的各種基本類型，對(duì)象引用和returnAddress類型	-Xss160K 每個(gè)線程的棧大小	StackOverflowError/OutOfMemoryError
Java堆	存放對(duì)象實(shí)例	-Xms10M 最大值 -Xmx20M 最小值	OutOfMemory: Java heap space
運(yùn)行時(shí)常亮池	存放編譯期生成的字面量和符號(hào)引用，運(yùn)行期也能放入常量池(string.intern())。JDK 1.7之前在方法區(qū)中，JDK 1.7及之后移至堆中	隨方法區(qū)或堆設(shè)置	OutOfMemoryError
方法區(qū)	存儲(chǔ)虛擬機(jī)加載的類信息、常亮、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，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(nèi)存	在JDK 1.4中加入NIO類，直接分配堆外內(nèi)存	-XX:MaxDirectMemorySize=10M, 如果不指定默認(rèn)與-Xmx一樣	OutOfMemoryError

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