HeapDumpOnOutOfMemoryError堆转储实践和一些分析

    使用了标志-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，JVM会在遇到OutOfMemoryError时拍摄一个“堆转储快照”，并将其保存在一个文件中。

对如下一段代码，【代码1】

public static void main(String[] args) {
    long arr[];    
    for (int i=1; i<=10000000; i*=2) {
        arr = new long[i];
    }
}

 

      设置虚拟机参数为：-Xmx40m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=E:\Java\dump

执行程序，很快会抛出异常：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

Dumping heap to E:\Java\dump\java_pid10400.hprof ...

Heap dump file created [1192880 bytes in 0.024 secs]

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

 

    奇怪的是Heap dump file只有一兆多一点，用JProfiler打开这个文件，并没有看到导致内存溢出的long[]；刚开始以为是堆转储时，JVM会忽略掉只被线程栈引用的数组，进一步测试，发现并不是这个原因；查看相应的class文件，反编译后得到：

【将代码1通过JDK1.6编译后的字节码反编译后得到的代码】

public static void main(String[] args)
{
    for (int i = 1; i <= 10000000; i *= 2) {
      long[] arr = new long[i];
    }
}

 

其中long[] arr 的定义从循环外面变到了循环里面，应该是编译器进行了优化，这样修改后，功能并没有变化，但long[] arr的生存范围变小了，生存范围是从声明到本次循环结束；每次循环开始时，在线程栈中声明一个指向long[]的引用 arr，然后在堆中创建一个指定大小的long[]，把它的引用赋给arr；在每次循环结束，进入下次循环前，线程栈中的引用arr就会被销毁，它所指向的long[]就变成了没有被引用的实例；进入了下次循环，又重新在线程栈中声明一个引用arr，在堆中创建一个指定大小的long[]，把它的引用赋给arr。

分析：虚拟机参数配置了-Xmx40m，在堆内存的使用量超过40M时，虚拟机就会抛出OutOfMemoryError: Java heap space，同时将堆内存转储到文件中，这时候前面循环创建的long[]实例没有被引用，应该已经被垃圾回收，所以Heap dump file中没有程序创建的long[]实例。

 

在源代码arr = new long[i];的后面加上显示堆内存使用的语句：

System.out.println("size : " + i);
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
System.out.printf("maxMemory : %.2fM\n", runtime.maxMemory()*1.0/1024/1024);
System.out.printf("totalMemory : %.2fM\n", runtime.totalMemory()*1.0/1024/1024);
System.out.printf("freeMemory : %.2fM\n", runtime.freeMemory()*1.0/1024/1024);

可以看出每次执行arr = new long[i];后堆内存的使用情况；配置-Xmx40m的情况下，抛出异常前最后一次正常执行的循环的输出信息为：

size : 4194304

maxMemory : 39.75M

totalMemory : 38.50M

freeMemory : 6.27M

 

将代码1改为：【代码2】

public static void main(String[] args) {
    long arr[] = {}; 
    for (int i=1; i<=10000000; i*=2) {
        arr = new long[i];
    }
}

 

查看相应的class文件，反编译后得到：

【将代码2通过JDK1.6编译后的字节码反编译后得到的代码】

public static void main(String[] args)
{
    long[] arr = new long[0];
    for (int i = 1; i <= 10000000; i *= 2) {
      arr = new long[i];
    }
}

 

    其中long[] arr 的定义跟源代码一致，是在循环外面，应该是因为有初始化的代码，没办法再把定义移到循环里面；这种情况下，arr的生存范围是从声明到程序结束；每次循环开始时，会在堆中创建一个指定大小的long[]，把它的引用赋给arr，这样arr之前指向的long[]就变成没有被引用的实例；进入了下次循环，在堆中创建一个指定大小的long[]，把它的引用赋给arr，在赋值完成前，arr指向上次循环创建的long[]实例，赋值完成后，arr就指向本次循环创建的long[]实例，这时候上次循环创建的long[]实例就变成没有被引用的实例。

    设置虚拟机参数为：-Xmx40m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=E:\Java\dump

执行程序，很快会抛出异常：

  java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

Dumping heap to E:\Java\dump\java_pid11020.hprof ...

Heap dump file created [17970188 bytes in 0.172 secs]

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

Heap dump file有十多兆，用JProfiler打开这个文件，可以找到一个占用16M内存的long[]。

 

分析：在程序因为没有足够的堆内存创建实例而抛出OutOfMemoryError时，引用arr仍然指向上次循环创建的long[]实例，在JVM将堆内存转储到文件中时，会把这个long[]实例也考虑进去；这个long[]实例被arr引用，arr位于线程栈中，所以上图中显示long[]实例被java stack引用。

 

    在源代码arr = new long[i];的后面加上显示堆内存使用的语句，

可以看到抛出异常前最后一次正常执行的循环的输出信息为：

size : 2097152

maxMemory : 39.75M

totalMemory : 33.26M

freeMemory : 8.92M

    最后一次正常创建的long[]的size为2097152，占用了16M内存，而代码1执行时最后一次正常创建的long[]的size为4194304，占用了32M内存。

分析：代码1在循环中创建long[]实例时，上次循环创建的long[]实例没有被引用，可以被垃圾回收掉，所以在参数Xmx40m下，代码1创建占用32M内存的long[]还是可以正常执行的，试图创建占用64M内存的long[]才抛出异常；代码2在循环中创建long[]实例时，上次循环创建的long[]实例还在被arr引用，不能被垃圾回收掉，代码2在创建占用16M内存的long[]实例时，前一个循环创建的占8M内存的long[]实例还不能被回收，8+16=24 < 40，所以这次能够正常执行，下一个循环要尝试创建占32M内存的long[]实例，这时候占16M内存的long[]实例还不能被回收，16+32=48>40，堆内存不够用，只好抛出异常。

  

小结：通过分析OutOfMemoryError时生成的堆转储文件，有助于找到内存不够用的原因；如果生成的堆转储文件的大小跟最大堆内存的配置有很大差异，就要分析抛出异常的代码，查找原因，还可以将字节码反编译，看看编译器是不是对代码的结构进行了调整。

评论

2 楼 i042416 2017-02-19  

不错，学习了。

1 楼 wizard_hu 2016-08-13  

楼主可以去看看一个jvm的连载，公众号 ITmenghuo