关于java:Java中的OutOfMemoryError的各种情况及解决和JVM内存结构

在JVM中内存一共有3种：Heap（堆内存），Non-Heap（非堆内存） [3]和Native（本地内存）。 [1]

堆内存是运行时调配所有类实例和数组的一块内存区域。非堆内存蕴含办法区和JVM外部解决或优化所需的内存，寄存有类构造（如运行时常量池、字段及办法构造，以及办法和构造函数代码）。本地内存是由操作系统治理的虚拟内存。当一个利用内存不足时就会抛出java.lang.OutOfMemoryError 异样。 [1]

问题	表象	诊断工具
内存不足	OutOfMemoryError	Java Heap Analysis Tool(jhat) ^[4] Eclipse Memory Analyzer(mat) ^[5]
内存透露	应用内存增长，频繁GC	Java Monitoring and Management Console(jconsole) ^[6] JVM Statistical Monitoring Tool(jstat) ^[7]
	一个类有大量的实例	Memory Map(jmap) - "jmap -histo" ^[8]
	对象被误援用	jconsole ^[6] 或 jmap -dump + jhat ⁸
Finalizers	对象期待完结	jconsole ^[6] 或 jmap -dump + jhat ⁸

OutOfMemoryError在开发过程中是司空见惯的，遇到这个谬误，老手程序员都晓得从两个方面动手来解决：一是排查程序是否有BUG导致内存透露；二是调整JVM启动参数增大内存。OutOfMemoryError有好几种状况，每次遇到这个谬误时，察看OutOfMemoryError前面的提示信息，就能够发现不同之处，如：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

尽管都叫OutOfMemoryError，但每种谬误背地的成因是不一样的，解决办法也要视状况而定，不能一概而论。只有深刻理解JVM的内存构造并仔细分析错误信息，才有可能做到隔靴搔痒，手到病除。

JVM标准

JVM标准对Java运行时的内存划定了几块区域（详见这里），有：JVM栈（Java Virtual Machine Stacks）、堆（Heap）、办法区（Method Area）、常量池（Runtime Constant Pool）、本地办法栈（Native Method Stacks），但对各块区域的内存布局和地址空间却没有明确规定，而留给各JVM厂商施展的空间。

HotSpot JVM

Sun自家的HotSpot JVM实现对堆内存构造有绝对明确的阐明。依照HotSpot JVM的实现，堆内存分为3个代：Young Generation、Old(Tenured) Generation、Permanent Generation。家喻户晓，GC（垃圾收集）就是产生在堆内存这三个代下面的。Young用于调配新的Java对象，其又被分为三个局部：Eden Space和两块Survivor Space(称为From和To)，Old用于寄存在GC过程中从Young Gen中存活下来的对象，Permanent用于寄存JVM加载的class等元数据。详情参见HotSpot内存治理白皮书。堆的布局图示如下：

依据这些信息，咱们能够推导出JVM标准的内存分区和HotSpot实现中内存区域的对应关系：JVM标准的Heap对应到Young和Old Generation，办法区和常量池对应到Permanent Generation。对于Stack内存，HotSpot实现也没有具体阐明，但HotSpot白皮书上提到，Java线程栈是用宿主操作系统的栈和线程模型来示意的，Java办法和native办法共享雷同的栈。因而，能够认为在HotSpot中，JVM栈和本地办法栈是一回事。

操作系统

因为一个JVM过程首先是一个操作系统过程，因而会遵循操作系统过程地址空间的规定。32位零碎的地址空间为4G，即最多示意4GB的虚拟内存。在Linux零碎中，高地址的1G空间（即0xC0000000~0xFFFFFFFF）被零碎内核占用，低地址的3G空间（即0×00000000~0xBFFFFFFF）为用户程序所应用（显然JVM过程运行在这3G的地址空间中）。这3G的地址空间从低到高又分为多个段；Text段用于存放程序二进制代码；Data段用于寄存编译时已初始化的动态变量；BSS段用于寄存未初始化的动态变量；Heap即堆，用于动态内存调配的数据结构，C语言的malloc函数申请的内存即是从此处调配的，Java的new实例化的对象也是自此调配。不同于后面三个段，Heap空间是可变的，其上界由低地址向高地址增长。内存映射区，加载的动态链接库位于这个区中；Stack即栈空间，线程的执行即是占用栈内存，栈空间也是可变的，但它是通过下界从高地址向低地址挪动而增长的。详情参见这里。图示如下：

JVM自身是由native code所编写的，所以JVM过程同样具备Text/Data/BSS/Heap/MemoryMapping/Stack等内存段。而Java语言的Heap该当是建设在操作系统过程的Heap之上的，Java语言的Stack应该也是建设操作系统过程Stack之上的。综合HotSpot的内存区域和操作系统过程的地址空间，能够大抵失去下列图示：

Java线程的内存是位于JVM或操作系统的栈（Stack）空间中，不同于对象——是位于堆（Heap）中。这是很多老手程序员容易误会的中央。留神，“Java线程的内存”这个用词不是指Java.lang.Thread对象的内存，java.lang.Thread对象自身是在Heap中调配的，当调用start()办法之后，JVM会创立一个执行单元，最终会创立一个操作系统的native thread来执行，而这个执行单元或native thread是应用Stack内存空间的。

通过上述铺垫，能够得悉，JVM过程的内存大抵分为Heap空间和Stack空间两局部。Heap又分为Young、Old、Permanent三个代。Stack分为Java办法栈和native办法栈（不做辨别），在Stack内存区中，能够创立多个线程栈，每个线程栈占据Stack区中一小部分内存，线程栈是一个LIFO数据结构，每调用一个办法，会在栈顶创立一个Frame，办法返回时，相应的Frame会从栈顶移除（通过挪动栈顶指针）。在这每一部分内存中，都有可能会呈现溢出谬误。回到结尾的OutOfMemoryError，上面一一阐明谬误起因和解决办法（每个OutOfMemoryError都有可能是程序BUG导致，因而解决办法不包含对BUG的排查）。

OutOfMemoryError

1.java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
起因：Heap内存溢出，意味着Young和Old generation的内存不够。
解决：调整java启动参数 -Xms -Xmx 来减少Heap内存。

堆内存溢出时，首先判断以后最大内存是多少（参数：-Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=），能够通过命令 jinfo -flag MaxHeapSize 查看运行中的JVM的配置，如果该值曾经较大则应通过 mat 之类的工具查找问题，或 jmap -histo查找哪个或哪些类占用了比拟多的内存。参数-verbose:gc(-XX:+PrintGC) -XX:+PrintGCDetails能够打印GC相干的一些数据。如果问题比拟难排查也能够通过参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError在OOM之前Dump内存数据再进行剖析。此问题也能够通过histodiff打印屡次内存histogram之前的差值，有助于查看哪些类过多被实例化，如果过多被实例化的类被定位到后能够通过btrace再跟踪。上面代码可再现该异样：List<String> list = new ArrayList<String>();while(true) list.add(new String("Consume more memory!"));

2.java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
起因：Stack空间不足以创立额定的线程，要么是创立的线程过多，要么是Stack空间的确小了。
解决：因为JVM没有提供参数设置总的stack空间大小，但能够设置单个线程栈的大小；而零碎的用户空间一共是3G，除了Text/Data/BSS/MemoryMapping几个段之外，Heap和Stack空间的总量无限，是此消彼长的。因而遇到这个谬误，能够通过两个路径解决：1.通过-Xss启动参数缩小单个线程栈大小，这样便能开更多线程（当然不能太小，太小会呈现StackOverflowError）；2.通过-Xms -Xmx 两参数缩小Heap大小，将内存让给Stack（前提是保障Heap空间够用）。

在JVM中每启动一个线程都会调配一块本地内存，用于寄存线程的调用栈，该空间仅在线程完结时开释。当没有足够本地内存创立线程时就会呈现该谬误。通过以下代码能够很容易再现该问题： [2] while(true){    new Thread(new Runnable(){        public void run() {            try {                Thread.sleep(60*60*1000);            } catch(InterruptedException e) { }                }        }).start();}

3.java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
起因：Permanent Generation空间有余，不能加载额定的类。
解决：调整-XX:PermSize= -XX:MaxPermSize= 两个参数来增大PermGen内存。个别状况下，这两个参数不要手动设置，只有设置-Xmx足够大即可，JVM会自行抉择适合的PermGen大小。

PermGen space即永恒代，是非堆内存的一个区域。次要寄存的数据是类构造及调用了intern()的字符串。List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>();while(true){    MyClassLoader cl = new MyClassLoader();    try{        classes.add(cl.loadClass("Dummy"));    }catch (ClassNotFoundException e) {        e.printStackTrace();    }}类加载的日志能够通过btrace跟踪类的加载状况：import com.sun.btrace.annotations.*;import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;@BTracepublic class ClassLoaderDefine {    @SuppressWarnings("rawtypes")    @OnMethod(clazz = "+java.lang.ClassLoader", method = "defineClass", location = @Location(Kind.RETURN))    public static void onClassLoaderDefine(@Return Class cl) {        println("=== java.lang.ClassLoader#defineClass ===");        println(Strings.strcat("Loaded class: ", Reflective.name(cl)));        jstack(10);    }}除了btrace也能够关上日志加载的参数来查看加载了哪些类，能够把参数-XX:+TraceClassLoading关上，或应用参数-verbose:class（-XX:+TraceClassLoading, -XX:+TraceClassUnloading），在日志输入中即可看到哪些类被加载到Java虚拟机中。该参数也能够通过jflag的命令java -jar jflagall.jar -flag +ClassVerbose动静关上-verbose:class。上面是一个应用了String.intern()的例子：

List<String> list = new ArrayList<String>(); int i=0; while(true) list.add(("Consume more memory!"+(i++)).intern());

你能够通过以下btrace脚本查找该类调用：

import com.sun.btrace.annotations.*;import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;@BTracepublic class StringInternTrace { @OnMethod(clazz = "/.*/", method = "/.*/", location = @Location(value = Kind.CALL, clazz = "java.lang.String", method = "intern")) public static void m(@ProbeClassName String pcm, @ProbeMethodName String probeMethod, @TargetInstance Object instance) { println(strcat(pcm, strcat("#", probeMethod))); println(strcat(">>>> ", str(instance))); }}

4.java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
起因：这个谬误比拟少见（试着new一个长度1亿的数组看看），同样是因为Heap空间有余。如果须要new一个如此之大的数组，程序逻辑多半是不合理的。
解决：批改程序逻辑吧。或者也能够通过-Xmx来增大堆内存。

详细信息示意利用申请的数组大小曾经超过堆大小。如应用程序申请512M大小的数组，但堆大小只有256M，这里会抛出OutOfMemoryError，因为此时无奈冲破虚拟机限度调配新的数组。在大多少状况下是堆内存调配的过小，或是利用尝试调配一个超大的数组，如利用应用的算法计算了谬误的大小。

5.在GC破费了大量工夫，却仅回收了大量内存时，也会报出OutOfMemoryError，我只遇到过一两次。当应用-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseConcMarkSweepGC收集器时，在上述情况下会报错，在HotSpot GC Turning文档上有阐明：
The parallel(concurrent) collector will throw an OutOfMemoryError if too much time is being spent in garbage collection: if more than 98% of the total time is spent in garbage collection and less than 2% of the heap is recovered, an OutOfMemoryError will be thrown.
对这个问题，一是须要进行GC turning，二是须要优化程序逻辑。

6.java.lang.StackOverflowError
起因：这也内存溢出谬误的一种，即线程栈的溢出，要么是办法调用档次过多（比方存在有限递归调用），要么是线程栈太小。
解决：优化程序设计，缩小办法调用档次；调整-Xss参数减少线程栈大小。

7.java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?

本地内存调配失败。一个利用的Java Native Interface(JNI)代码、本地库及Java虚拟机都从本地堆分配内存调配空间。当从本地堆分配内存失败时抛出OutOfMemoryError异样。例如：当物理内存及替换分区都用完后，再次尝试从本地分配内存时也会抛出OufOfMemoryError异样。

8. java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace> (Native method)

如果异样的详细信息是 <reason> <stack trace> (Native method) 且一个线程堆栈被打印，同时最顶端的桢是本地办法，该异样表明本地办法遇到了一个内存调配问题。与后面一种异样相比，他们的差别是内存调配失败是JNI或本地办法发现或是Java虚拟机发现。

9.java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

　　即从Direct Memory分配内存失败，Direct Buffer对象不是调配在堆上，是在Direct Memory调配，且不被GC间接治理的空间（但Direct Buffer的Java对象是归GC治理的，只有GC回收了它的Java对象，操作系统才会开释Direct Buffer所申请的空间）。通过-XX:MaxDirectMemorySize=能够设置Direct内存的大小。

List<ByteBuffer> list = new ArrayList<ByteBuffer>(); while(true) list.add(ByteBuffer.allocateDirect(10000000));

10. java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

JDK6新增谬误类型。当GC为开释很小空间占用大量工夫时抛出。个别是因为堆太小。导致异样的起因：没有足够的内存。能够通过参数-XX:-UseGCOverheadLimit敞开这个个性。11. java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?

本地内存调配失败。一个利用的Java Native Interface(JNI)代码、本地库及Java虚拟机都从本地堆分配内存调配空间。当从本地堆分配内存失败时抛出OutOfMemoryError异样。例如：当物理内存及替换分区都用完后，再次尝试从本地分配内存时也会抛出OufOfMemoryError异样。

java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace> (Native method)

如果异样的详细信息是 <reason> <stack trace> (Native method) 且一个线程堆栈被打印，同时最顶端的桢是本地办法，该异样表明本地办法遇到了一个内存调配问题。与后面一种异样相比，他们的差别是内存调配失败是JNI或本地办法发现或是Java虚拟机发现。

关注公众号:java宝典