Java內(nèi)存溢出實(shí)現(xiàn)原因及解決方案

更新時(shí)間：2020年03月24日 09:58:35 作者：天際星痕

這篇文章主要介紹了Java內(nèi)存溢出實(shí)現(xiàn)原因及解決方案,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

1.JVM Heap（堆）溢出：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

JVM在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)自動(dòng)設(shè)置JVM Heap的值，可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項(xiàng)可進(jìn)行設(shè)置。Heap的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。在JVM中如果98%的時(shí)間是用于GC,且可用的Heap size 不足2%的時(shí)候?qū)伋龃水惓Ｐ畔ⅰ?br /> 解決方法：手動(dòng)設(shè)置JVM Heap（堆）的大小。

Java堆用于儲(chǔ)存對(duì)象實(shí)例。當(dāng)需要為對(duì)象實(shí)例分配內(nèi)存，而堆的內(nèi)存占用又已經(jīng)達(dá)到-Xmx設(shè)置的最大值。將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。例子如下：

package com.demo.test;

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

/**
 * VM Args: -Xms5m -Xmx5m
 */
public class HeapOOM {
  
  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);
    }
  }

}

然后在運(yùn)行時(shí)設(shè)置jvm參數(shù)，如下：

-Xmx為5m。其中的一次測(cè)試結(jié)果為，當(dāng)count的值累加到360145時(shí)，發(fā)生如下異常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2245)
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2219)
at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:213)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:187)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:411)
at com.demo.test.HeapOOM.main(HeapOOM.java:12)

修改-Xmx為10m。其中的一次測(cè)試結(jié)果為，當(dāng)count的值累加到540217時(shí)，發(fā)生OutOfMemoryError異常。隨著-Xmx參數(shù)值的增大，java堆中可以存儲(chǔ)的對(duì)象也越多。

2.PermGen space溢出： java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

PermGen space的全稱是Permanent Generation space，是指內(nèi)存的永久保存區(qū)域。為什么會(huì)內(nèi)存溢出，這是由于這塊內(nèi)存主要是被JVM存放Class和Meta信息的，Class在被Load的時(shí)候被放入PermGen space區(qū)域，它和存放Instance的Heap區(qū)域不同，sun的 GC不會(huì)在主程序運(yùn)行期對(duì)PermGen space進(jìn)行清理，所以如果你的APP會(huì)載入很多CLASS的話，就很可能出現(xiàn)PermGen space溢出。一般發(fā)生在程序的啟動(dòng)階段。
解決方法：通過(guò)-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize設(shè)置永久代大小即可。

方法區(qū)用于存放java類型的相關(guān)信息，如類名、訪問(wèn)修飾符、常量池、字段描述、方法描述等。在類裝載器加載class文件到內(nèi)存的過(guò)程中，虛擬機(jī)會(huì)提取其中的類型信息，并將這些信息存儲(chǔ)到方法區(qū)。當(dāng)需要存儲(chǔ)類信息而方法區(qū)的內(nèi)存占用又已經(jīng)達(dá)到-XX:MaxPermSize設(shè)置的最大值，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。對(duì)于這種情況的測(cè)試，基本的思路是運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的類去填滿方法區(qū)，直到溢出。這里需要借助CGLib直接操作字節(jié)碼運(yùn)行時(shí)，生成了大量的動(dòng)態(tài)類。例子如下：

package com.demo.test;

import java.lang.reflect.Method;

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

/**
 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 */
public class MethodAreaOOM {

  public static void main(String[] args) {
    int count = 0;
    while (true) {
      Enhancer enhancer = new Enhancer();
      enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOM.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為10m。其中的一次測(cè)試結(jié)果為，當(dāng)count的值累加到800時(shí)，發(fā)生如下異常：

復(fù)制代碼代碼如下:

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:792) ... 8 more

隨著-XX:MaxPermSize參數(shù)值的增大，java方法區(qū)中可以存儲(chǔ)的類型數(shù)據(jù)也越多。

3.棧溢出： java.lang.StackOverflowError : Thread Stack space

棧溢出了，JVM依然是采用棧式的虛擬機(jī)，這個(gè)和C和Pascal都是一樣的。函數(shù)的調(diào)用過(guò)程都體現(xiàn)在堆棧和退棧上了。調(diào)用構(gòu)造函數(shù)的 “層”太多了，以致于把棧區(qū)溢出了。通常來(lái)講，一般棧區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于堆區(qū)的，因?yàn)楹瘮?shù)調(diào)用過(guò)程往往不會(huì)多于上千層，而即便每個(gè)函數(shù)調(diào)用需要 1K的空間（這個(gè)大約相當(dāng)于在一個(gè)C函數(shù)內(nèi)聲明了256個(gè)int類型的變量），那么棧區(qū)也不過(guò)是需要1MB的空間。通常棧的大小是1-2MB的。通俗一點(diǎn)講就是單線程的程序需要的內(nèi)存太大了。通常遞歸也不要遞歸的層次過(guò)多，很容易溢出。

解決方法：1：修改程序。2：通過(guò) -Xss: 來(lái)設(shè)置每個(gè)線程的Stack大小即可。

在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對(duì)這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

（1）StackOverflowError異常

每當(dāng)java程序代碼啟動(dòng)一個(gè)新線程時(shí)，Java虛擬機(jī)都會(huì)為它分配一個(gè)Java棧。Java棧以幀為單位保存線程的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)線程調(diào)用java方法時(shí)，虛擬機(jī)壓入一個(gè)新的棧幀到該線程的java棧中。只要這個(gè)方法還沒(méi)有返回，它就一直存在。

如果線程的方法嵌套調(diào)用層次太多(如遞歸調(diào)用)，隨著java棧中幀的逐漸增多，最終會(huì)由于該線程java棧中所有棧幀大小總和大于-Xss設(shè)置的值，而產(chǎn)生StackOverflowError內(nèi)存溢出異常。例子如下：

package com.demo.test;
/**
 * VM Args: -Xss128k
 */
public class JavaVMStackSOF {
  private int count = 0;
  public static void main(String[] args) {
    new JavaVMStackSOF().method();
  }  
  public void method() {
    System.out.println(++count);
    method();
  }
}

-Xss為128k。其中的一次測(cè)試結(jié)果為，當(dāng)count的值累加到2230時(shí)，發(fā)生如下異常：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)
at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:564)
at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:619)
at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:561)
at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(StreamEncoder.java:271)
at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(StreamEncoder.java:125)
at java.io.OutputStreamWriter.write(OutputStreamWriter.java:207)
at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(BufferedWriter.java:129)
at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:526)
at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:597)
at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:736)
at com.demo.test.JavaVMStackSOF.method(JavaVMStackSOF.java:15)

隨著-Xss參數(shù)值的增大，可以嵌套的方法調(diào)用層次也相應(yīng)增加。綜上所述，StackOverflowError異常是由于方法調(diào)用的層次太深，最終導(dǎo)致為某個(gè)線程分配的所有棧幀大小總和大于-Xss設(shè)置的值，從而發(fā)生StackOverflowError異常。

（2）OutOfMemoryError異常

java程序代碼啟動(dòng)一個(gè)新線程時(shí)，沒(méi)有足夠的內(nèi)存空間為該線程分配java棧(一個(gè)線程java棧的大小由-Xss參數(shù)確定)，jvm則拋出OutOfMemoryError異常。例子如下：

package com.demo.test;

/**
 * VM Args: -Xss128k
 */
public class JavaVMStackOOM {

  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為128k。其中的一次測(cè)試結(jié)果為，當(dāng)count的值累加到11958時(shí)，發(fā)生如下異常：

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:693)
at com.demo.test.JavaVMStackOOM.main(JavaVMStackOOM.java:21)

隨著-Xss參數(shù)值的增大，java程序可以創(chuàng)建的總線程數(shù)越少。

4.所以Server容器啟動(dòng)的時(shí)候我們經(jīng)常關(guān)心和設(shè)置JVM的幾個(gè)參數(shù)如下：

-Xms：java Heap初始大小，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64。
-Xmx：java Heap最大值，不可超過(guò)物理內(nèi)存。
-Xmn：young generation的heap大小，一般設(shè)置為Xmx的3、4分之一。增大年輕代后，將會(huì)減小年老代大小，可以根據(jù)監(jiān)控合理設(shè)置。
-Xss：每個(gè)線程的Stack大小，而最佳值應(yīng)該是128K,默認(rèn)值好像是512k。
-XX:PermSize：設(shè)定內(nèi)存的永久保存區(qū)初始大小，缺省值為64M。
-XX:MaxPermSize：設(shè)定內(nèi)存的永久保存區(qū)最大大小，缺省值為64M。
-XX:SurvivorRatio：Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比值，設(shè)置為8，則兩個(gè)Survivor區(qū)與一個(gè)Eden區(qū)的比值為2:8，一個(gè)Survivor區(qū)占整個(gè)年輕代的1/10。
-XX:+UseParallelGC：F年輕代使用并發(fā)收集，而年老代仍舊使用串行收集。
-XX:+UseParNewGC：設(shè)置年輕代為并行收集，JDK5.0以上，JVM會(huì)根據(jù)系統(tǒng)配置自行設(shè)置，所無(wú)需再設(shè)置此值。
-XX:ParallelGCThreads：并行收集器的線程數(shù)，值最好配置與處理器數(shù)目相等同樣適用于CMS。
-XX:+UseParallelOldGC：年老代垃圾收集方式為并行收集(Parallel Compacting)。
-XX:MaxGCPauseMillis：每次年輕代垃圾回收的最長(zhǎng)時(shí)間(最大暫停時(shí)間)，如果無(wú)法滿足此時(shí)間，JVM會(huì)自動(dòng)調(diào)整年輕代大小，以滿足此值。
-XX:+ScavengeBeforeFullGC：Full GC前調(diào)用YGC,默認(rèn)是true。

實(shí)例如：JAVA_OPTS=”-Xms4g -Xmx4g -Xmn1024m -XX:PermSize=320M -XX:MaxPermSize=320m -XX:SurvivorRatio=6″

第一種OutOfMemoryError： PermGen space

發(fā)生這種問(wèn)題的原意是程序中使用了大量的jar或class，使java虛擬機(jī)裝載類的空間不夠，與Permanent Generation space有關(guān)。解決這類問(wèn)題有以下兩種辦法：

1、增加java虛擬機(jī)中的XX:PermSize和XX:MaxPermSize參數(shù)的大小，其中XX:PermSize是初始永久保存區(qū)域大小，XX:MaxPermSize是最大永久保存區(qū)域大小。如針對(duì)tomcat6.0，在catalina.sh 或catalina.bat文件中一系列環(huán)境變量名說(shuō)明結(jié)束處（大約在70行左右）增加一行： JAVA_OPTS=" -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m" 如果是windows服務(wù)器還可以在系統(tǒng)環(huán)境變量中設(shè)置。感覺(jué)用tomcat發(fā)布sprint+struts+hibernate架構(gòu)的程序時(shí)很容易發(fā)生這種內(nèi)存溢出錯(cuò)誤。使用上述方法，我成功解決了部署ssh項(xiàng)目的tomcat服務(wù)器經(jīng)常宕機(jī)的問(wèn)題。

2、清理應(yīng)用程序中web-inf/lib下的jar，如果tomcat部署了多個(gè)應(yīng)用，很多應(yīng)用都使用了相同的jar，可以將共同的jar移到 tomcat共同的lib下，減少類的重復(fù)加載。這種方法是網(wǎng)上部分人推薦的，我沒(méi)試過(guò)，但感覺(jué)減少不了太大的空間，最靠譜的還是第一種方法。

第二種OutOfMemoryError： Java heap space

發(fā)生這種問(wèn)題的原因是java虛擬機(jī)創(chuàng)建的對(duì)象太多，在進(jìn)行垃圾回收之間，虛擬機(jī)分配的到堆內(nèi)存空間已經(jīng)用滿了，與Heap space有關(guān)。解決這類問(wèn)題有兩種思路：

1、檢查程序，看是否有死循環(huán)或不必要地重復(fù)創(chuàng)建大量對(duì)象。找到原因后，修改程序和算法。我以前寫一個(gè)使用K-Means文本聚類算法對(duì)幾萬(wàn)條文本記錄（每條記錄的特征向量大約10來(lái)個(gè)）進(jìn)行文本聚類時(shí)，由于程序細(xì)節(jié)上有問(wèn)題，就導(dǎo)致了 Java heap space的內(nèi)存溢出問(wèn)題，后來(lái)通過(guò)修改程序得到了解決。

2、增加Java虛擬機(jī)中Xms（初始堆大?。┖蚗mx（最大堆大?。﹨?shù)的大小。如：set JAVA_OPTS= -Xms256m -Xmx1024m

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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