深入理解java虚拟机【内存溢出实例】

通过简单的小例子程序，演示java虚拟机各部分内存溢出情况：

(1).java堆溢出：

Java堆用于存储实例对象，只要不断创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有引用的可达，避免垃圾收集器回收实例对象，就会在对象数量达到堆最大容量时产生OutOfMemoryError异常。

想要方便快速地产生堆溢出，要使用如下java虚拟机参数：-Xms10m(最小堆内存为10MB)，-Xmx10m(最大堆内存为10MB，最小堆内存和最大堆内存相同是为了避免堆动态扩展)，-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可以让java虚拟机在出现内存溢出时产生当前堆内存快照以便进行异常分析。

例子代码如下：

public class HeapOOM{
    static class OOMObject{
}
public static void main(String[] args){
    List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
    while(true){
    list.add(new OOMObject());
}
}
}

 

运行一段时间就会发现产生OutOfMemoryError异常，并且产生了堆内存异常dump文件。

(2).java虚拟机栈和本地方法栈溢出：

由于Sun的HotSpot虚拟机不区分java虚拟机栈和本地方法栈，因此对于HotSpot虚拟机来说-Xoss参数(设置本地方法栈大小)虽然存在，但是实际上是无效的，栈容量只能由-Xss参数设定。

由于Java虚拟机栈会出现StackOverflowError和OutOfMemoryError两种异常，所以分别使用两个例子演示这两种情况：

a.java虚拟机栈深度溢出：

单线程的环境下，无论是由于栈帧太大，还是虚拟机栈容量太小，当内存无法再分配的时候，虚拟机总抛出StackOverflowError异常。使用-Xss128k将java虚拟机栈大小设置为128kb，例子代码如下：

public class JavaVMStackOF{
    private int stackLength = 1;
    public void stackLeak(){
        statckLength++;
        stackLeak();
}
public static void main(String[] args){
    JavaVMStackOF oom = new JavaVMStackOF();
oom.stackLeak();
}
}

运行一段时间后，产生StackOverflowError异常。Java虚拟机栈溢出一般会产生在方法递归调用过多而java虚拟机栈内存不够的情况下。

b.java虚拟机栈内存溢出：

多线程环境下，能够创建的线程最大内存=物理内存-最大堆内存-最大方法区内存，在java虚拟机栈内存一定的情况下，单个线程占用的内存越大，所能创建的线程数目越小，所以在多线程条件下很容易产生java虚拟机栈内存溢出的异常。

使用-Xss2m参数设置java虚拟机栈内存大小为2MB，例子代码如下：

public class JavaVMStackOOM{
    private void dontStop(){
    while(true){
}
}
public void stackLeakByThread{
    while(true){
        Thread t = new Thread(new Runnable(){
    public void run(){
    dontStop();
}
});
t.start();
}
}
public static void main(String[] args){
    JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
    oom. stackLeakByThread();.
}
}

 

运行一段时间之后，java虚拟机栈就会因为内存太小无法创建线程而产生OutOfMemoryError。

(3).运行时常量池溢出：

运行时常量池属于方法区的一部分，可以使用-XX:PermSize=10m和-XX:MaxPermSize=10m将永久代最大内存和最小内存设置为10MB大小，并且由于永久代最大内存和最小内存大小相同，因此无法扩展。

String的intern()方法用于检查常量池中如果有等于此String对象的字符串存在，则直接返回常量池中的字符串对象，否则，将此String对象所包含的字符串添加到运行时常量池中，并返回此String对象的引用。因此String的intern()方法特别适合演示运行时常量池溢出，例子代码如下：

public class RuntimeConstantPoolOOM{
    public static void main(String[] args){
List<String> list = new ArrayList<String>();
        int i = 0;
        while(true){
        list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
}

运行一段时间，永久代内存不够，运行时常量池因无法再添加常量而产生OutOfMemoryError。

(4).方法区溢出：

运行时常量池是方法区的一部分，他们都属于HotSpot虚拟机中的永久代内存区域。方法区用于存放Class的相关信息，Java的反射和动态代理可以动态产生Class，另外第三方的CGLIB可以直接操作字节码，也可以动态产生Class，实验通过CGLIB来演示，同样使用-XX:PermSize=10m和-XX:MaxPermSize=10m将永久代最大内存和最小内存设置为10MB大小，并且由于永久代最大内存和最小内存大小相同，因此无法扩展。例子代码如下：

public class JavaMethodAreaOOM{
    public static void main(String[] args){
    while(true){
    Enhancer enhancer = new Enhancer();
    enhancer.setSuperClass(OOMObject.class);
    enhancer.setUseCache(false);
    enhancer.setCallback(new MethodInterceptor(){
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
                      MethodProxy proxy)throws Throwable{
    return proxy.invokeSuper(obj, args);
}
});
enhancer.create();
}
}
class OOMObject{
}
}

运行一段时间之后，永久代内存不够，方法区无法再存放CGLIB创建处理的Class信息，产生方法区OutOfMemoryError。

(5).本机直接内存溢出：

Java虚拟机可以通过参数-XX:MaxDirectMemorySize设定本机直接内存可用大小，如果不指定，则默认与java堆内存大小相同。JDK中可以通过反射获取Unsafe类(Unsafe的getUnsafe()方法只有启动类加载器Bootstrap才能返回实例)直接操作本机直接内存。通过使用-XX:MaxDirectMemorySize=10M，限制最大可使用的本机直接内存大小为10MB，例子代码如下：

public class DirectMemoryOOM{
    private static final int _1MB = 1024* 1024 * 1024;
    publc static void main(String[] args) throws Exception{
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while(true){
            //unsafe直接想操作系统申请内存
    unsafe.allocateMemory(_1MB);
}
}
}

当运行一段时间之后，10MB的本机直接内存被分配光，无法在进行直接内存分配时，产生OutOfMemoryError。