深刻理解java虚拟机——OutOfMemoryError异常

除了程序计数器外都有可能发生OutOfMemoryError异常的可能。

1.java堆溢出

不断建立对象，并保证GC Root到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清楚这些对象，在达到最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

堆大小设置为20MB并在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

当出现java堆内存溢出时，异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示“java heap space”

解决：根据内存映像分析工具分析是内存泄漏（Memory Leak）仍是内存溢出（Memory Overflow）。

若是是内存泄漏就经过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。定位出泄漏代码。

若是不存在泄漏，应当检查虚拟机的堆参数（-Xms与-Xmx），看是否能够调大。

二、虚拟机栈和本地方法栈溢出

HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和和本地方法栈，所以-Xoss参数（设置本地方法栈大小）存在，但其实是无效的，栈容量只由-Xss参数设定。

关于虚拟机栈和本地方法栈，java虚拟机规范中描述了两种异常：

若是线程请求的栈深度大于虚拟机所容许的深度，将抛出StackOverflowError异常。
若是虚拟机在动态扩展栈时没法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

这两种状况存在着一些互相重叠的地方：当栈空间没法继续分配时，究竟是内存过小，仍是已使用的栈空间太大，其本质上只是对同一件事情的两种描述而已。在单线程的操做中，不管是因为栈帧太大，仍是虚拟机栈空间过小，当栈空间没法分配时，虚拟机抛出的都是 StackOverflowError 异常，而不会获得 OutOfMemoryError 异常。而在多线程环境下，则会抛出 OutOfMemoryError 异常。

缘由其实不难理解，操做系统分配给每一个进程的内存是有限制的，譬如 32 位的 Windows 限制为 2GB。虚拟机提供了参数来控制 Java 堆和方法区的这两部份内存的最大值。剩余的内存为 2GB（操做系统限制）减去 Xmx（最大堆容量），再减去 MaxPermSize（最大方法区容量），程序计数器消耗内存很小，能够忽略掉。若是虚拟机进程自己耗费的内存不计算在内，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈“瓜分”了。每一个线程分配到的栈容量越大，能够创建的线程数量天然就越少，创建线程时就越容易把剩下的内存耗尽。
遇到OOM这时候咱们应该怎么作：若是是创建过多线程致使的内存溢出，在不能减小线程数或者更换 64 位虚拟机的状况下，就只能经过减小最大堆和减小栈容量来换取更多的线程。若是没有这方面的经验，这种经过“减小内存”的手段来解决内存溢出的方式会比较难以想到。

3.方法区和运行时常量池溢出

在jdk1.6及以前的版本中，因为常量池分配在永久代内，咱们能够经过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小，从而间接限制其中常量池的容量。

经过String.intern()方法试验。

jdk1.6环境经过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小，会产生java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space错误。

jdk1.7环境经过-Xms和 -Xmx限制堆大小，会产生 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space错误。

intern方法：当调用该方法时，会在运行时常量池查看有无该字符串，若是有的话，直接返回该引用（这个字符串在运行时常量池中的地址）；若是没有的话，在运行时常量池中存放一份数据，并返回该字符串在运行时常量池中的地址。这都是在JDK1.6及以前发生的事情。若是是1.7以后，若是发如今运行时常量池中没有的话，在运行时常量池中存放的是一份这个字符串String的引用（即这个String对象在堆中的地址），并返回该引用的值。

当class文件被加载（load）到JVM时会将常量池中的内容存放在运行时常量池（在perm区中，即永久代）中。上面 这一句只是针对JDK1.6及以前的版本适用。JDK1.7以后对方法区进行了一些优化。1.7以后将运行时常量池移到了堆中（）。缘由，Perm 区是一个类静态的区域，主要存储一些加载类的信息，常量池，方法片断等内容，默认大小只有4M。一旦超过范围，会直接产生java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space错误。 

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常，一个类要被垃圾器回收掉，断定条件是比较严苛的。在常常动态产生大量Class的应用中（会产生java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space错误），须要特别注意类的回收情况。这类场景除了上面提到的程序使用了CGLib字节码加强和动态语言以外，常见的还有：大量JSP或者动态产生JSP文件的应用、基于OSGi的应用等。

4.本机直接内存溢出

DirectMemory容量能够经过-XX:MaxDirectMemorySize指定，若是不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）同样。代码清单越过了DirectByteBuffer类，直接经过反射获取Unsafe实例进行内存分配（Unsafe类的getUnsafe方法限制了只有引导类加载器才会返回实例，也就是设计者但愿只有rt.jar中的类才能使用Unsafe的功能）。由于，虽然使用DirectByteBuffer分配内存也会抛出内存异常，但它抛出异常时并无真正向操做系统申请内存分配，而是经过计算得知内存没法分配，因而手动抛出异常，真正申请分配内存的方法是unsafe.allocateMemory.

/**
 * VM Args: -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 */
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);
        }
    }
}

由DirectMemory致使的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常，若是读者发现OOM以后Dump文件很小，而程序中又直接或者间接使用了NIO，那就能够考虑检查一下是否是这方面的缘由。