深入理解Java虚拟机之实战OutOfMemoryError

Java虚拟机中哪些区域会发生OOM

堆、虚拟机栈、本地方法栈、方法区、直接内存

堆OOM

测试程序：

/**
 * VM Args: -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * User:wangs
 * Date:2018/8/23
 */
public class HeapOOM {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(new Object());
        }
    }
}

运行结果：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid18148.hprof ...
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Heap dump file created [13355339 bytes in 0.137 secs]
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
    at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:261)
    at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:235)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:227)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:458)
    at com.thinkinjava.jvm.HeapOOM.main(HeapOOM.java:18)

用MAT工具打开堆快照文件：

“Shallow Heap”：类本身元数据的大小。“Retained Heap”：该类以及它引用的其他类所占用空间的总和

大概的分析步骤就是这样，关于MAT的使用，可以去多了解下。

栈OOM

• 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError。
• 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存，则抛出OOM。
  测试程序：

/**
 * VM Args：-Xss128k
 * User:wangs
 * Date:2018/8/27
 */
public class StackOOM {

    private int stackLength = 1;

    public static void main(String[] args) {
        StackOOM stackOOM = new StackOOM();
        try {
            stackOOM.test();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length:" + stackOOM.stackLength);
            throw e;
        }
    }
    private void test() {
        stackLength++;
        test();
    }
}

运行结果：

stack length:994
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:25)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)
    at com.thinkinjava.jvm.StackOOM.test(StackOOM.java:26)

上篇文章深入理解Java虚拟机之栈帧,介绍了栈帧，我们来回顾一下：栈帧是保存在虚拟机栈中的，栈帧是用来存储数据和存储部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接（Dynamic Linking）、方法返回值和异常分派（Dispatch Exception）。栈帧越大，栈深度越小。方法参数过多或者局部变量过多都会使栈深度变小，如果超过-xss设置的栈内存容量，就会导致栈溢出。

方法区OOM

测试程序：

/*
 * VM Args: -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
 */
public class RuntimeConstantPoolOOM {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

在JDK1.6及之前版本中，由于常量池分配在永久代中(即方法区)，我们可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小，从而间接限制其中常量池的容量。运行时常量池溢出：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space。

JDK1.7常量池不在存储对象，而是存储对象的引用。修改虚拟机参数-Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,运行结果如下：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
    at java.lang.Integer.toString(Integer.java:401)
    at java.lang.String.valueOf(String.java:3099)
    at com.thinkinjava.jvm.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:14)

异常的意思是程序花在垃圾回收上的时间太多，却没有什么效果。默认的话，如果98%的时间都花在GC上并且回收了才不到2%的空间的话，虚拟机就会抛这个异常。
JDK1.8移除了永久代，类的元数据信息存储在元空间。元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过-XX:MetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize参数来指定元空间的大小。
测试程序：

/**
 * VM Args：-XX:MaxMetaspaceSize=10m
 * User:wangs
 * Date:2018/8/27
 */
public class MetaspaceOOM {
    static ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int i = 1;
        while (true){
            classPool.makeClass("com.thinkinjava.jvm" + i++).toClass();
        }
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1170)
    at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1113)
    at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1071)
    at javassist.CtClass.toClass(CtClass.java:1264)
    at com.thinkinjava.jvm.Metaspace.main(Metaspace.java:16)

直接内存OOM

测试程序：

/**
 * VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 * User:wangs
 * Date:2018/8/27
 */
public class DirectMemoryOOM {

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public 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.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
    at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
    at com.thinkinjava.jvm.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:21)