Java 内存中几种常见的OOM 异常

在JAVA虚拟机规范说明中，除了程序计数器不会出现OutOfMemoryError（简称OOM），其他几个内存区域都有可能发生OOM异常。

JAVA堆溢出

JAVA堆用于存储对象实例，只要不断的new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这些对象，在对象达到一定的数量之后，就会产生OOM异常。

示例：

使用JVM参数限制JAVA堆的大小

-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:/var/log/gc_dump.dump

JAVA程序代码示例：

public class TestOOM{
    static class OOMObejct{

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

运行结果：

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:265)
	at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:239)
	at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:231)
	at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:462)
	at net.admol.jingling.demo.jvm.TestOOM.main(TestOOM.java:19)

当异常信息出现“java.lang.OutOfMemoryError”，并且后面有提示”Java heap space”时，就是JAVA堆出现了内存溢出。

栈溢出

由于虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，栈的容量通过JVM参数 -Xss 设置，栈异常有两种可能异常：

线程的栈请求深度大于虚拟机所允许的最大深度时，会抛出StackOverFlowError异常
虚拟机栈在扩展栈时无法申请到足够的空间，会抛出OutOfMemoryError异常

异常示例：

JVM参数限制栈大小

-Xss128k

JAVA程序代码示例：

public class TestJVMStackOME{
    private int length = 1;
    public void stackLeak(){
        length++;
        stackLeak();
    }
    public static void main(String[] args){
        TestJVMStackOME test = new TestJVMStackOME();
        try{
            test.stackLeak();
        }catch(Exception e){
            System.out.println("stack length:"+test.length);
            throw e;
        }
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
	at net.admol.jingling.demo.jvm.TestJVMStackOME.stackLeak(TestJVMStackOME.java:11)
	at net.admol.jingling.demo.jvm.TestJVMStackOME.stackLeak(TestJVMStackOME.java:12)
  ......省略更多的输出

方法区溢出

因为运行时常量池是方法区的一部分，所以它们抛出的异常都是一样的。

String.intern()是一个Native方法，它的作用是：如果常量池中已经包含了一个等于此String对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象；否则，将此String 对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String对象的引用。

在JDK1.6及之前，由于常量池分配在永久代内，我们可以通过-XX：PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数来限制方法区大小，从而间接限制常量池的大小。

示例：

设置JVM参数限制方法区大小

XX:PermSize=5M -XX:MaxPermSize=5M

JAVA程序代码示例：

public class TestMethodOOM{
    public static void main(String[] args){
        List<String> list = new ArrayList<>();
        int i = 100;
        while(true){
            list.add((String.valueOf(i++).intern()));
        }
    }
}

在jdk1.6及之前会提示java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

因为jdk1.8移除了PermGen（永久代），替换成了元空间（Metaspace）,所以1.7及之后都不会报错

直接堆外内存溢出

DirectMemory容量可通过-XX：MaxDirectMemory 指定，如果不指定，则默认和JAVA堆最大值一致。

溢出示例：

设置JVM参数

Xmx10m -XX:MaxDirectMemorySize=5M

JAVA程序代码示例

public class TestDirectMemoryOOM{
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException{
        Field field = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        field.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe)field.get(null);
        long _1M = 1024*1024;
        while(true){
            unsafe.allocateMemory(_1M);
        }
    }
}

运行结果

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
	at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
	at net.admol.jingling.demo.jvm.TestDirectMemoryOOM.main(TestDirectMemoryOOM.java:18)

因为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dump的文件比较小，而程序中又直接或间接使用了NIO，那就需要好好思考一下是否是DirectMemory这方面的原因了。