内存溢出、OutOfMemoryError、StackOverflowError

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虽然Java不需要开发人员显示的分配和回收内存，但了解JVM内存管理和回收机制，有助于我们在日常工作中排查各种内存溢出或泄露问题，解决性能瓶颈，达到更高的并发量，写出更高效的程序。本文重点介绍Java中的几个内存管理相关的异常

我们可以带着以下几个问题去学习自动内存管理机制：

  • 什么操作可能导致内存溢出？
  • 有哪些种类的内存溢出？
  • 都是在内存的哪些区域溢出？

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运行时的数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，如下图所示
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其中虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器是线程私有的，方法区和堆是线程共享的.

本篇着重关注每个区域可能抛出的异常，对JVM中每个区域的描述，也可以参考Java内存管理及GC机制中的相关描述

程序计数器

作用:当前线程所执行的字节码的行号指示器

  • 字节码解释器工作时通过改变它的值来选取下一条需要执行的字节码指令
  • 分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复都依赖于它

虚拟机栈

栈的作用：栈用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口等信息.

其中局部变量表用于存放8种基本数据类型(boolean，byte，char，short，int，float，long，double)和reference类型

reference类型：

  • 指向对象起始地址的引用指针
  • 指向一个代表对象的句柄
  • 指向一条字节码指令的地址

可抛出两种异常状况：

  • 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的栈深度，抛出StackOverflowError异常
  • 当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常

本地方法栈

与虚拟机栈的作用非常相似.其区别是虚拟机栈执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务

同时也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常

堆

堆的作用：分配所有的对象实例和数组

可以抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区的作用:用于存储已被虚拟机加载的类信息(Class)、常量(final修饰)、静态变量(static)和即时编译器编译后的代码(code)

可以抛出OutOfMemoryError异常

运行时常量池

属于方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。可抛出OutOfMemoryError异常

对象访问

参考Java内存管理及GC机制中的相关描述

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。

下面通过若干实例来验证异常发生的场景。以下代码的开头都注释了执行时所需要设置的虚拟机启动参数，这些参数对实验结果有直接影响，请调试代码的时候不要忽略掉。

Java堆溢出

堆里放的是new出来的对象，所以这部分很简单不断的new对象就可以了，但是为了防止对象new出来之后被GC，所以把对象new出来的对象放到一个List中去即可。为了有更好的效果，可以在运行前，调整堆的参数。

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/**
 * author: winsky
 * date: 2018/3/10
 * description:堆溢出
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 */
public class HeapOOM {
    private static class OOMObject {
    }

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

输出结果：

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java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid949.hprof ...
Heap dump file created [28011659 bytes in 0.165 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	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.winsky.learn.jvm.HeapOOM.main(HeapOOM.java:19)

虚拟机栈溢出

Java里面每个线程都有独立的、固定大小的栈空间， Java在解释执行的时候采用的是栈式的架构。 方法调用、方法内的局部变量都是在栈空间申请的。 空间的大小依赖于JDK版本，JDK1.6应该是512K，超过了这个空间就会产生StackOverflowError。 不断的递归会使栈空间不断增大导致溢出。

对于堆栈stack(或heap)来说，如果线程需要的空间大于允许值，则为StackOverflowError；如果stack空间可以动态增加，但最后内存还是不够，则为OutOfMemoryError。

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/**
 * author: winsky
 * date: 2018/3/10
 * description:
 */
public class JavaVMStackSOF {
    private int stackLength = 1;

    private 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;
        }
    }
}

输出结果：

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Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
Stack length:18775
	at com.winsky.learn.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:13)
	at com.winsky.learn.jvm.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:13)

方法区溢出

最近看深入理解Java虚拟机，在实战OutOfMemoryError的运行时常量池溢出时，我的Intellij提示如下:

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Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option PermSize=10m; support was removed in 8.0
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option MaxPermSize=10m; support was removed in 8.0

具体描述可以参见Java8移除永久代

运行时常量池溢出

同方法区溢出的道理，Java8之后也不会看到java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space了