JVM的参数设置与OutOfMemoryError异常关系

Java堆中存放Object对象数据，例如new出来的Object。当没有任何引用指向某对象时，该对象可能被垃圾回收。有关垃圾回收算法，可参考其他有关文章，网上很多。关于对象引用，按强弱还有强引用，软引用，弱引用，虚引用之分。强引用，一般不会被垃圾回收，若内存不足，只好抛出OutOfMemoryError；软引用，垃圾回收器扫描时，若是内存不足的情况下，这种引用的对象会被回收。弱引用，只要垃圾回收器扫描，就会回收。

栈是动态的，每起一个线程就会起一个栈，每个线程中每个方法会在栈中起一个帧，称栈帧；每一帧中存的是方法的局部变量，中间值等信息。方法执行结束，栈帧内存释放，线程结束栈内存释放。

在Java虚拟机规范的描述中，除了PC(程序计数器)寄存器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有发生OutOfMemoryError异常的可能。当发生OutOfMemoryError异常时，无法用try...catch捕捉。

在开始讲解之前，在这里先简单介绍下虚拟机启动相关的一些内存设置参数。因为OutOfMemoryError异常发生，与这些参数的设置密切相关。

-Xss128k

每个线程的java栈大小,一个线程java栈所有栈帧大小总和不能超过128k。

-Xms128m

表示JVM Heap(堆内存)，初始分配128MB

-Xmx512m

表示JVM Heap(堆内存)最大允许的尺寸512MB。

-XX:PermSize=20M

设置方法区的初始大小

-XX:MaxPermSize=30M

设置方法区的最大值

Java栈溢出

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

1.StackOverflowError异常

每当java程序代码启动一个新线程时，Java虚拟机都会为它分配一个Java栈。Java栈以帧为单位保存线程的运行状态。当线程调用java 方法时，虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的java栈中。只要这个方法还没有返回，它就一直存在。如果线程的方法嵌套调用层次太多(如递归调用)，随着 java栈中帧的逐渐增多，最终会由于该线程java栈中所有栈帧大小总和大于-Xss设置的值，而产生StackOverflowError内存溢出异 常。例子如下:

package leon.java.outofmemory;

public class StackOverflow {
    private static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        method();
    }

    public static void method() {
        System.out.println(++count);
        method();
    }

}

-Xss为128k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到2312时，发生如下异常：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:58)
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:392)
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:447)
    at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:544)
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(StreamEncoder.java:252)
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(StreamEncoder.java:106)
    at java.io.OutputStreamWriter.write(OutputStreamWriter.java:190)
    at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(BufferedWriter.java:111)
    at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:476)
    at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:547)
    at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:686)
    at jvm.Test.method(Test.java:17)

修改-Xss为1280k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到26888时，发生StackOverflowError异常。随着-Xss参数值的增大，可以嵌套的方法调用层次也相应增加。

综上所述，StackOverflowError异常是由于方法调用的层次太深，最终导致为某个线程分配的所有栈帧大小总和大于-Xss设置的值，从而发生StackOverflowError异常。

2.OutOfMemoryError异常

java程序代码启动一个新线程时，没有足够的内存空间为该线程分配java栈(一个线程java栈的大小由-Xss参数确定)，jvm则抛出OutOfMemoryError异常。例子如下：

package leon.java.outofmemory;

public class OutoffMemory {

    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    while (true) {
                        try {
                            Thread.sleep(5000);
                        } catch (Exception e) {    }
                    }
                }
            });
            thread.start();
            System.out.println(++count);
        }
    }
}

-Xss为128k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到11887时，发生如下异常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
    at java.lang.Thread.start0(Native Method)
    at java.lang.Thread.start(Thread.java:640)
    at jvm.Test.main(Test.java:20)

修改-Xss为1280k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到1270时，发生OutOfMemoryError异常。随着-Xss参数值的增大，java程序可以创建的总线程数越少。

Java堆溢出

Java堆用于储存对象实例。当需要为对象实例分配内存，而堆的内存占用又已经达到-Xmx设置的最大值。将会抛出OutOfMemoryError异常。例子如下：

package leon.java.outofmemory;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class HeapOutoffMemory {

    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        List<Object> list = new ArrayList<Object>();
        while (true) {
            list.add(new Object());
            System.out.println(++count);
        }
    }
}

-Xmx为5m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到297868时，发生如下异常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2760)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2734)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacity(ArrayList.java:167)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:351)
    at jvm.Test.main(Test.java:15)

修改-Xmx为10m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到670205时，发生OutOfMemoryError异常。随着-Xmx参数值的增大，java堆中可以存储的对象也越多。

方法区溢出

方法区用于存放java类型的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。在类装载器加载class文件到内存的过程中，虚拟机 会提取其中的类型信息，并将这些信息存储到方法区。当需要存储类信息而方法区的内存占用又已经达到-XX:MaxPermSize设置的最大值。将会抛出 OutOfMemoryError异常。对于这种情况的测试，基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。这里需要借助CGLib直接操作字 节码运行时，生成了大量的动态类。例子如下：

package leon.java.outofmemory;

import java.lang.reflect.Method;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

public class MaxPermSizeOverflow {
    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(MaxPermSizeOverflow.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object obj, Method method,
                        Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                    return proxy.invoke(obj, args);
                }
            });
            enhancer.create();
            System.out.println(++count);
        }
    }
}

-XX:MaxPermSize为50m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到3953时，发生如下异常：

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:631)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:615)
    ... 8 more

修改-XX:MaxPermSize为100m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到8022时，发生OutOfMemoryError异常。随着-XX:MaxPermSize参数值的增大，java方法区中可以存储的类型数据也越多。