HotSpot中OutOfMemoryError解析

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]

堆内存是运行时分配所有类实例和数组的一块内存区域。非堆内存包含方法区和JVM内部处理或优化所需的内存，存放有类结构（如运行时常量池、字段及方法结构，以及方法和构造函数代码）。本地内存是由操作系统管理的虚拟内存。当一个应用内存不足时就会抛出java.lang.OutOfMemoryError 异常。 ^[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]
内存泄漏	使用内存增长，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]
	对象被误引用	jconsole [6] 或 jmap -dump + jhat [8][4]
Finalizers	对象等待结束	jconsole [6] 或 jmap -dump + jhat [8][4]

 

当Java进程无法分配足够内存运行时将会抛出OutOfMemoryError：

1. java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

堆内存溢出时，首先判断当前最大内存是多少（参数：-Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=），可以通过命令 jinfo -flag MaxHeapSize ^[9]查看运行中的JVM的配置，如果该值已经较大则应通过 mat ^[5] 之类的工具查找问题，或 jmap -histo ^[8]查找哪个或哪些类占用了比较多的内存。参数-verbose:gc(-XX:+PrintGC) -XX:+PrintGCDetails可以打印GC相关的一些数据。如果问题比较难排查也可以通过参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError在OOM之前Dump内存数据再进行分析。此问题也可以通过histodiff打印多次内存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可以通过btrace再跟踪。 ^[1][2]
下面代码可再现该异常： ^[2]

List<String> list =newArrayList<String>();
while(true) list.add(newString("Consume more memory!"));

2. java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

PermGen space即永久代，是非堆内存的一个区域。主要存放的数据是类结构及调用了intern()的字符串。 ^[2]

List<Class<?>> classes =newArrayList<Class<?>>();
while(true){
    MyClassLoader cl =newMyClassLoader();
    try{
        classes.add(cl.loadClass("Dummy"));
    }catch(ClassNotFoundException e){
        e.printStackTrace();
    }
}

类加载的日志可以通过btrace跟踪类的加载情况：

import com.sun.btrace.annotations.*;
importstatic com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
publicclassClassLoaderDefine{

    @SuppressWarnings("rawtypes")
    @OnMethod(clazz ="+java.lang.ClassLoader", method ="defineClass", location =@Location(Kind.RETURN))
    publicstaticvoid onClassLoaderDefine(@ReturnClass cl){
        println("=== java.lang.ClassLoader#defineClass ===");
        println(Strings.strcat("Loaded class: ",Reflective.name(cl)));
        jstack(10);
    }
}

除了btrace也可以打开日志加载的参数来查看加载了哪些类，可以把参数-XX:+TraceClassLoading打开，或使用参数-verbose:class（-XX:+TraceClassLoading, -XX:+TraceClassUnloading），在日志输出中即可看到哪些类被加载到Java虚拟机中。该参数也可以通过jflag的命令java -jar jflagall.jar -flag +ClassVerbose动态打开-verbose:class。

下面是一个使用了String.intern()的例子： ^[2]

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

你可以通过以下btrace脚本查找该类调用：

import com.sun.btrace.annotations.*;
importstatic com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
publicclassStringInternTrace{

    @OnMethod(clazz ="/.*/", method ="/.*/",
              location =@Location(value =Kind.CALL, clazz ="java.lang.String", method ="intern"))
    publicstaticvoid m(@ProbeClassNameString pcm,@ProbeMethodNameString probeMethod,
                         @TargetInstanceObject instance){
        println(strcat(pcm, strcat("#", probeMethod)));
        println(strcat(">>>> ", str(instance)));
    }
}

3. java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

在JVM中每启动一个线程都会分配一块本地内存，用于存放线程的调用栈，该空间仅在线程结束时释放。当没有足够本地内存创建线程时就会出现该错误。通过以下代码可以很容易再现该问题： ^[2]

 while(true){
    newThread(newRunnable(){
        publicvoid run(){
            try{
                Thread.sleep(60*60*1000);
            }catch(InterruptedException e){}        
        }    
    }).start();
}

4. java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

即从Direct Memory分配内存失败，Direct Buffer对象不是分配在堆上，是在Direct Memory分配，且不被GC直接管理的空间（但Direct Buffer的Java对象是归GC管理的，只要GC回收了它的Java对象，操作系统才会释放Direct Buffer所申请的空间）。通过-XX:MaxDirectMemorySize=可以设置Direct内存的大小。 ^[2][10]

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

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

JDK6新增错误类型。当GC为释放很小空间占用大量时间时抛出。一般是因为堆太小。导致异常的原因：没有足够的内存。可以通过参数-XX:-UseGCOverheadLimit关闭这个特性。 ^[13]

6. java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

详细信息表示应用申请的数组大小已经超过堆大小。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，因为此时无法突破虚拟机限制分配新的数组。在大多少情况下是堆内存分配的过小，或是应用尝试分配一个超大的数组，如应用使用的算法计算了错误的大小。 ^[12]

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

本地内存分配失败。一个应用的Java Native Interface(JNI)代码、本地库及Java虚拟机都从本地堆分配内存分配空间。当从本地堆分配内存失败时抛出OutOfMemoryError异常。例如：当物理内存及交换分区都用完后，再次尝试从本地分配内存时也会抛出OufOfMemoryError异常。 ^[12]

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

如果异常的详细信息是 <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方法，该异常表明本地方法遇到了一个内存分配问题。与前面一种异常相比，他们的差异是内存分配失败是JNI或本地方法发现或是Java虚拟机发现。 ^[12]

参考资料

[1]. http://java.sun.com/developer/technicalArticles/J2SE/monitoring/
[2]. http://eyalsch.wordpress.com/2009/06/17/oome/
[3]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/lang/management/MemoryType.html
[4]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jhat.html
[5]. http://www.eclipse.org/mat/
[6]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jconsole.html
[7]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jstat.html
[8]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jmap.html
[9]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jinfo.html
[10]. http://eyesmore.iteye.com/blog/1133335
[11]. http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/index-137495.html
[12]. http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/memleaks-137499.html
[13]. http://blog.csdn.net/forandever/article/details/5717890