【3】JVM-OutOfMemory异常重现

  JVM中常见的OOM，那么如何通过自己编写代码产生这些OOM异常呢？通过写代码重现异常，是为了避免在工作中写出有OOM BUG的代码。之前虽然看过相关文章，但是没自己写过这些代码，这次在编写的实际过程中，由于和书本使用的JDK版本不一致，也会有点问题。其中印象最深刻的就是从JDK1.7开始常量池就已经不放在方法区了，而是改到了Java堆中，所以《深入理解JAVA虚拟机》中的有些知识也需要更新了。下面的代码基于JDK1.7来的。并且在运行程序的时候需要设置JVM参数，如果不设置，轻则需要等待很长时间才会出现异常，重则系统假死甚至导致系统内存溢出。

    在测试直接内存的时候，引用了rt.jar中的sun.misc.Unsafe类，如果使用了Eclipse作为IDE，需要修改windows-->preferences-->java-->compiler-->Errors/Warinings，选择Deprecated and restricted API，将Forbidden reference(access rules)修改成ignore。

package org.zsl.learn.oom;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
import sun.misc.Unsafe;

/**
 * 测试在代码中如何产生堆内存溢出、栈溢出（超出长度）、栈内存溢出（栈不能扩展的情况下OOM）、方法区内存溢出、常量池内存溢出
 * JDK1.7
 * @author Administrator
 *
 */
public class TestOOM {
    private static int count = 1;
    private static final int _1MB = 1024*1024;
    
    List<String> list = new ArrayList<String>();
    
    //一个普通的对象
    static class OOMObjectClass{
        public OOMObjectClass(){}
    }
    
    /**
     * 通过list对象保持对对象列表的引用，不然GC收集对象，然后不断地向列表中添加新的对象，就会发生OOM
     * 
     * @VM args:-verbose:gc -Xms10M -Xmx10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
     */
    public void testHeapOOM(){
        List<OOMObjectClass> list = new ArrayList<>();
        while(true){
            list.add(new OOMObjectClass());
        }
    }
    
    /**
     * 通过递归调用方法，从而让方法栈产生栈 StackOverflowError
     * 
     * @VM args:-verbose:gc -Xss128k
     */
    public void stackLeak(){
        count++;
        stackLeak();
    }
    
    
    /**
     * 除了上述的递归调用可以产生溢出外，还有就是过多的线程，当栈内存无法动弹扩展是，会出现OOM
     * 
     * 由于在Window的JVM中，Jave的线程是映射到了操作系统的内核线程上，故而这段代码的运行时非常危险的
     * 笔者运行的时候限制了JVM内存大小，但是栈内存可以动态扩展，所以电脑内存直接到了90%以上，我果断停止了程序的运行
     * 由于栈内存只由-Xss参数控制，并没有办法让其不自动扩展，所以这段代码非常危险
     * 参数：-verbose:gc -Xms10M -Xmx10M -Xss2M
     */
    public void stackLeakByThread(){
        while(true){
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    while (true){
                        
                    }
                }
            });
            t.start();
            count++;
        }
    }
    
    /**
     * 常量池是存在于方法区内的，故而只要限制了方法区的大小，当不断新增常量的时候就会发生常量池的溢出
     * 
     * 笔者使用的是JDK1.7 64位，此时的常量池已经不存在与方法区中，而是迁移到了堆中，故而测试的时候需要限制JVM的堆大小，且不能自动扩展
     * @VM args: -Xms10M -Xmx10M
     */
    public void constantPoolOOM(){
        int i=0;
        while(true){
            list.add(String.valueOf(i++).intern()); //String类型的intern方法是将字符串的值放到常量池中
        }
    }
    
    /**
     * 方法区是存放一些类的信息等，所以我们可以使用类加载无限循环加载class，这样就会出现方法区的OOM异常
     * 主要，使用内部类的时候，需要要使用静态内部类，如果使用的是非静态内部类，将不会发生方法区OOM
     * 使用了CGLib直接操作字节码运行时，生成了大量的动态类
     * 需要者两个jar包：cglib-2.2.2.jar   asm-3.1.jar
     * @VM args:-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
     */
    public void methodAreaOOM(){
        while(true){
            Enhancer eh = new Enhancer();
            eh.setSuperclass(OOMObjectClass.class);
            eh.setUseCache(false);
            eh.setCallback(new MethodInterceptor() {
                @Override
                public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2, MethodProxy arg3) throws Throwable {
                    return arg3.invokeSuper(arg0, arg2);
                }
            });
            eh.create();
        }
    }
    
    /**
     * 要讨论这部分的内存溢出，首先必须要说一下什么是直接内存：
     *     直接内存并不是JVM运行时数据区的一部分，也不是JVM规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁的使用，也会产生OOM。
     *     JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种Channel与Buffer的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在JAVA堆里面的DirectByteBuffer对象作为
     *     这些堆外内存的引用进而操作，这样在某些场景中可以显著的提高性能，避免了在native堆和java堆中来回复制数据。这这部分堆外内存就是直接内存了。
     * 
     * 直接内存虽然不会受到JAVA堆大小的限制，但是还是会受到本机内存大小的限制，故而服务器管理员在设置JVM内存管理参数的时候，如果忘记了直接内存，那么当程序进行动态扩展的时候，就有可能发生OOM
     * 直接内存的容量可以通过-XX：MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，那么默认与JAVA堆得最大值一样。
     * 
     * @VM args:-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
     * @throws SecurityException 
     * @throws NoSuchFieldException 
     * @throws IllegalAccessException 
     * @throws IllegalArgumentException 
     */
    public void directMemoryOOM() throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException{
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe)unsafeField.get(null);
        while(true){
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
    
    
    
    
    public static void main(String[] args) {
        TestOOM oom = new TestOOM();
//        ---------测试堆内存溢出-----------
//        oom.testHeapOOM();    
        
//        ---------测试栈溢出----------
//        try{
//            oom.stackLeak(); 
//        }catch(Throwable error){
//            System.out.println("Stack length-->"+count);
//            throw error;
//        }
        
//        ---------测试由于栈动态扩展导致的OOM----------        
//        try{
//            oom.stackLeakByThread();
//        }catch(Throwable error){
//            System.out.println("Stack length-->"+count);
//            throw error;
//        }
        
//        ----------测试方法区溢出----------
//        oom.methodAreaOOM();
        
//        ----------测试常量池溢出----------
//        oom.constantPoolOOM();
        
//        ----------测试直接内存溢出----------
        
        try {
            oom.directMemoryOOM();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
        
        
        
    }
    
    
}