JVM|Java虚拟机内存管理机制——实战测试Java虚拟机的内存溢出异常 JVM|内存

实战测试Java虚拟机的内存溢出（OutOfMemoryError）异常
在java虚拟机规范的描述中，除了程序计数器外，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。
下文将分区域分析OOM异常，代码都是基于Sun公司的HotSpot虚拟机运行的，对于不同公司的不同版本的虚拟机，参数和程序运行的结果可能有所差别。异常的解决则在下一章中进行学习处理。
代码的注释部分写明了执行时所需设置的虚拟机启动参数，使用Eclipse IDE时，在Debug/Run页签中设置，如下图。

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[1] Java堆溢出 Java堆用于存储对象实例，只要不断创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么在对象数量达到最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。
代码如下：

/**
* 设置Java堆大小为20MB，不可扩展（-xms和-xmx参数一样即可避免自动扩展）
* -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError设置让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照以便事后分析
* VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*/
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class HeapOOM {
static class OOMObject{

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

运行结果：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid4524.hprof ...
Heap dump file created [27967006 bytes in 0.174 secs]

当出现Java堆溢出时，java.lang.OutOfMemoryErro后面就会提示Java heap space。解决这个区域的异常一般手段是先通过内存映像分析工具对Dump出来的堆转储快照进行分析后相应处理解决。
[2] 虚拟机栈和本地方法栈溢出
HotSpot虚拟机中不区分虚拟机栈和本地方法栈。在这里面，Java虚拟机规范中描述了两种异常：
如果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异常。
如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。
这里是在单线程条件下对StackOverflowError异常的测试。代码如下：

/**
* 通过使用-Xss参数减少栈内存容量
* VM Args: -Xss128k
*/
public class JavaVMStackSOF {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak(){
stackLength++;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) {
JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
try {
oom.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
throw e;
}
}
}

运行结果：

【JVM|Java虚拟机内存管理机制——实战测试Java虚拟机的内存溢出异常】stack length:986
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:10)
at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
at com.iceflame.MemoryGCTest.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
。。。。。。

注：若不局限于单线程，通过不断建立线程的方式也可以产生内存溢出异常，但是在这种情况下，为每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。

[3] 方法区和运行时常量池溢出运行时常量池是方法区的一部分。方法区用于存放Class的相关信息，对于这些区域的测试，基本思路是运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。在测试代码中，可借助CGLib直接操作字节码运行时生成大量的动态类。

[4] 本地直接内存溢出 DirectMemory（直接内存）容量可通过-XX：MaxDirecMemorySize指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值（-Xmx指定）一样。
通过unsafe分配本机内存的测试代码如下：

/**
* vm Args:-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
*/
public class DirectMemoryOOM {
private static final int _1MB = 1024*1024;
public static void main(String[] args) {
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 org.fenixsoft.oom.DMOOM.main(DMOOM.java:20)

分析：
由DirectMemory导致的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常，如果发现OOM之后Dump文件很小，而程序又直接或间接使用了NIO，那就可以考虑检查一次是不是这方面的原因。

参考书籍：《深入理解Java虚拟机》周志明著