[JVM教程与调优] 了解JVM 堆内存溢出以及非堆内存溢出

时间  2020-04-03
标签 jvm 教程 了解 内存 溢出 以及 栏目 Java 繁體版
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在上一章中咱们介绍了JVM运行时参数以及jstat指令相关内容：[[JVM教程与调优] 什么是JVM运行时参数？](https://mp.weixin.qq.com/s?__...。下面咱们来介绍一下jmap+MAT内存溢出。
首先咱们来介绍一下下JVM的内存结构。java

JVM内存结构介绍

JVM内存结构

从图中咱们能够看到，JVM的内存结构分为两大块。一块叫堆区，一块叫非堆区。
堆区又分为两大块，一块Young，一块叫Old。Young区又分为Survivor区和Eden区。Survivor区咱们又分为S0与S1。能够结合下图进行理解git

JVM堆区

非堆区呢，是属于咱们操做系统的本地内存。它是独立于咱们堆区以外的。它在JDK1.8里面有一个新的名字，叫Metaspace。Metaspace里面还包含几个块，其中有一块就是CCS,还有一块是CodeCache。固然，在咱们的Metaspace中还包含不少其余块，这里就不作扩展了。github

接下来，咱们来经过实战，来更加深刻的理解JVM结构，以及出现JVM内存溢出的缘由。web

实战理解

咱们经过spring.start快速来生成一个springboot项目。spring

快速实战

如图，咱们快速的建立一个springboot项目，并将其下载下来。编程

这里我使用Eclipse，小伙伴们也可使用IDEA或者其余开发工具也是能够的。浏览器

这里咱们使用的是SpringBoot工程，若是有的小伙伴对SpringBoot还不太熟悉的，能够上网找一些教程先学习了解一下。springboot

堆内存溢出演示

那么咱们如何来构建一个堆内存溢出呢？其实很简单，咱们只要定义一个List对象，而后经过一个循环不停的往List里面塞对象。由于只要Controller不被回收，那么它里面的成员变量也是不会被回收的。这样就会致使List里面的对象愈来愈多，占用的内存愈来愈大，最后就把咱们的内存撑爆了。微信

建立User对象

这里咱们先建立一个User对象。

/**
 * 
　 * <p>Title: User</p>
　 * <p>Description: </p>
　 * @author Coder编程
　 * @date 2020年3月29日
 */
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class User {
    private int id;
    private String name;
    
}

这里面@Data、@AllArgsConstructor、@NoArgsConstructor用的是lombok注解。不会使用的小伙伴，能够在网上查找相关资料学习一下。

建立Controller对象

接下来咱们来建立一个Controller来不停的往List集合中塞对象。

/**
 * 
　 * <p>Title: MemoryController</p>
　 * <p>Description: </p>
　 * @author Coder编程
　 * @date 2020年3月29日
 */
@RestController
public class MemoryController {
    
    private List<User>  userList = new ArrayList<User>();
    
    /**
     * -Xmx32M -Xms32M
     * */
    @GetMapping("/heap")
    public String heap() {
        int i=0;
        while(true) {
            userList.add(new User(i++, UUID.randomUUID().toString()));
        }
    }
    
}

为了更快达到咱们的效果，咱们来设置两个参数。

-Xmx32M -Xms32M

一个最大内存，一个最小内存。咱们的堆就只有32M，这样就很容易溢出。

访问测试

启动时候设置内存参数。
设置内存参数1

设置内存参数2

记得选中咱们的Arguments，在JVM 参数中，将咱们的值设置进去。最后点击Run运行起来。

而后咱们在浏览器中请求：
http://localhost:8080/heap

咱们再观察控制台打印：
打印结果
经过打印结果，咱们能够看到堆内存溢出了。

注意：
这里咱们测试的时候能够很简单的看出在哪里出现的问题，可是在实际生产环境中并无那么简单，所以咱们须要借助工具，来定位这些问题。后续咱们来介绍一下。

非堆内存溢出演示

接下来咱们来演示一下非堆内存溢出，咱们继续沿用上方代码。

非堆内存主要是MataSpace，那么咱们如何构建一个非堆内存溢出呢？
咱们知道MataSpace主要存一些class，filed，method等这些东西。
所以咱们继续建立一个List集合，不断的往集合里面塞class。只要List不被回收，那么它里面的class也不会被回收。不停的往里面加以后，就会形成溢出。也就是咱们的MataSpace溢出了。

如何来动态生成一些class呢？实际上是有不少工具的，好比说：asm

引入asm工具包

这里咱们引入asm jar包。

<dependency>
    <groupId>asm</groupId>
    <artifactId>asm</artifactId>
    <version>3.3.1</version>
</dependency>

动态生成类文件

还须要建立动态生成的类文件，这里咱们就不作扩展介绍，有兴趣的小伙伴能够自行到网上查阅。

/**
 * 
　 * <p>Title: Metaspace</p>
　 * <p>Description: https://blog.csdn.net/bolg_hero/article/details/78189621
　 * 继承ClassLoader是为了方便调用defineClass方法，由于该方法的定义为protected</p>
　 * @author Coder编程
　 * @date 2020年3月29日
 */
public class Metaspace extends ClassLoader {
    
    public static List<Class<?>> createClasses() {
        // 类持有
        List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>();
        // 循环1000w次生成1000w个不一样的类。
        for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
            ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
            // 定义一个类名称为Class{i}，它的访问域为public，父类为java.lang.Object，不实现任何接口
            cw.visit(Opcodes.V1_1, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null,
                    "java/lang/Object", null);
            // 定义构造函数<init>方法
            MethodVisitor mw = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "<init>",
                    "()V", null, null);
            // 第一个指令为加载this
            mw.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
            // 第二个指令为调用父类Object的构造函数
            mw.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/Object",
                    "<init>", "()V");
            // 第三条指令为return
            mw.visitInsn(Opcodes.RETURN);
            mw.visitMaxs(1, 1);
            mw.visitEnd();
            Metaspace test = new Metaspace();
            byte[] code = cw.toByteArray();
            // 定义类
            Class<?> exampleClass = test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length);
            classes.add(exampleClass);
        }
        return classes;
    }
}

建立Controller

接下来咱们再原Controller新增一个方法nonheap

/**
 * 
　 * <p>Title: MemoryController</p>
　 * <p>Description: </p>
　 * @author Coder编程
　 * @date 2020年3月29日
 */
@RestController
public class MemoryController {
    
    private List<User>  userList = new ArrayList<User>();
    private List<Class<?>>  classList = new ArrayList<Class<?>>();
    
    /**
     * -Xmx32M -Xms32M
     * */
    @GetMapping("/heap")
    public String heap() {
        int i=0;
        while(true) {
            userList.add(new User(i++, UUID.randomUUID().toString()));
        }
    }
    
    
    /**
     * -XX:MetaspaceSize=32M -XX:MaxMetaspaceSize=32M
     * */
    @GetMapping("/nonheap")
    public String nonheap() {
        while(true) {
            classList.addAll(Metaspace.createClasses());
        }
    }
    
}

访问测试

这里咱们一样在启动的时候也要设置Mataspace的值大小。

-XX:MetaspaceSize=32M -XX:MaxMetaspaceSize=32M

设置启动参数

接着咱们在浏览器中访问地址：localhost:8080/nonheap

以上咱们就完成了对堆内存溢出以及非堆内存溢出的演示。

小插曲

在测试非堆内存溢出的时候，出现了另一个错误。
java.lang.IncompatibleClassChangeError: Found interface org.objectweb.asm.MethodVisitor, but class was expected

这个异常另外写在java.lang.IncompatibleClassChangeError，小伙伴若是有遇到，可尝试一下是否可以解决

如何查看线上堆内存溢出以及非堆内存溢出

咱们主要查看线上的内存映像文件来查看究竟是哪里发生了内存溢出。
发生内存溢出的主要缘由：
1.内存发生泄漏
2.内存分配不足

假如发生内存泄漏的话，咱们就须要找到是哪一个地方发生了内存泄漏，一直占用内存没有释放。

下面咱们来看一下如何来导出咱们的内存映像文件。
主要有两种方式。
1.内存溢出自动导出
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=./
第一个参数表示：当发生内存溢出的时候，将内存溢出文件Dump出来。
第二个参数表示：Dump出来的文件存放的目录。

2.使用jmap命令手动导出
若是咱们使用第一种命令，在发送内存溢出的时候再去导出，可能就有点晚了。咱们能够等程序运行起来一段时间后，就可使用jmap命令导出来进行分析。

演示内存溢出自动导出

咱们须要用到两个命令参数。

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=./

自动导出命令参数

咱们接着运行项目，访问：localhost:8080/heap
查看一下打印结果。

打印结果

能够看到，当发生了内存溢出后。输出了一个java_pid3972.hprof的文件。
在当前项目的当前文件中，咱们就能够找到该文件。

演示jmap命令

option:-heap,-clstats,-dump:<dump-options>,-F

jmap命令

导出内存映像命令

参数都是什么意思呢？
live:只导出存活的对象，若是没有指定，则所有导出
format:导出文件的格式
file:导入的文件

咱们刚才的程序尚未关闭，咱们来看下程序的pid是多少。
输入：jps -l
查看pid

咱们将其文件导入到桌面中来，输入命令

jmap -dump:format=b,file=heap.hprof 3972

最后的3972是程序的pid。最后能够看到导出完毕。

导出完毕

还有其余的命令参数，小伙伴们能够去官网jmap指令查看如何使用。这里就不作过多介绍。

下一章节咱们将经过命令实战定位JVM发生死循环、死锁问题。

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文末

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