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Java 常见OOM异常分析

Java技术 winrains 来源:Jay_huaxiao 6个月前 (03-28) 37次浏览

前言

放假这几天,温习了深入理解Java虚拟机的第二章, 整理了JVM发生OOM异常的几种情况,并分析原因以及解决方案,希望对大家有帮助。

Java 堆溢出

Java堆用于存储对象实例,只要不断地创建对象,并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象,那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。

Java 堆溢出原因

  • 无法在 Java 堆中分配对象
  • 应用程序保存了无法被GC回收的对象。
  • 应用程序过度使用 finalizer。

Java 堆溢出排查解决思路

  1. 查找关键报错信息,如
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  1. 使用内存映像分析工具(如Eclipsc Memory Analyzer或者Jprofiler)对Dump出来的堆储存快照进行分析,分析清楚是内存泄漏还是内存溢出。
  2. 如果是内存泄漏,可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链,修复应用程序中的内存泄漏。
  3. 如果不存在泄漏,先检查代码是否有死循环,递归等,再考虑用 -Xmx 增加堆大小。

demo代码

package oom;

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

/**
 * JVM配置参数
 * -Xms20m    JVM初始分配的内存20m
 * -Xmx20m   JVM最大可用内存为20m
 * -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 当JVM发生OOM时,自动生成DUMP文件
 * -XX:HeapDumpPath=/Users/weihuaxiao/Desktop/dump/  生成DUMP文件的路径
 */
public class HeapOOM {
    static class OOMObject {
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
        //在堆中无限创建对象
        while (true) {
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

运行结果

按照前面的排查解决方案,我们来一波分析。

1.查找报错关键信息

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

2. 使用内存映像分析工具Jprofiler分析产生的堆储存快照

由图可得,OOMObject这个类创建了810326个实例,是属于内存溢出,这时候先定位到对应代码,发现死循环导致的,修复即可。

栈溢出

关于虚拟机栈和本地方法栈,在Java虚拟机规范中描述了两种异常:

  • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError 异常;
  • 如果虚拟机栈可以动态扩展,当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

栈溢出原因

  • 在单个线程下,栈帧太大,或者虚拟机栈容量太小,当内存无法分配的时候,虚拟机抛出StackOverflowError 异常。
  • 不断地建立线程的方式会导致内存溢出。

栈溢出排查解决思路

  1. 查找关键报错信息,确定是StackOverflowError还是OutOfMemoryError
  2. 如果是StackOverflowError,检查代码是否递归调用方法等
  3. 如果是OutOfMemoryError,检查是否有死循环创建线程等,通过-Xss降低的每个线程栈大小的容量

demo代码

package oom;

/**
 * -Xss2M
 */
public class JavaVMStackOOM {
    private void dontStop(){
        while(true){

        }
    }
    public void stackLeakByThread(){
        while(true){
            Thread thread = new Thread(new Runnable(){
                public void run() {
                    dontStop();
                }
            });
            thread.start();}
    }
    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }
}

运行结果

1.查找报错关键信息

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

2.确定是创建线程导致的栈溢出OOM

Thread thread = new Thread(new Runnable(){
              public void run() {
                  dontStop();
              }
          });

3.排查代码,确定是否显示使用死循环创建线程,或者隐式调用第三方接口创建线程(之前公司,调用腾讯云第三方接口,上传图片,遇到这个问题)

方法区溢出

方法区,(又叫永久代,JDK8后,元空间替换了永久代),用于存放Class的相关信息,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。运行时产生大量的类,会填满方法区,造成溢出。

方法区溢出原因

  • 使用CGLib生成了大量的代理类,导致方法区被撑爆
  • 在Java7之前,频繁的错误使用String.intern方法
  • 大量jsp和动态产生jsp
  • 应用长时间运行,没有重启

方法区溢出排查解决思路

  • 检查是否永久代空间设置得过小
  • 检查代码是否频繁错误得使用String.intern方法
  • 检查是否跟jsp有关。
  • 检查是否使用CGLib生成了大量的代理类
  • 重启大法,重启JVM

demo代码

package oom;

import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;

import java.lang.reflect.Method;

/**
 *  jdk8以上的话,
 *  虚拟机参数:-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M 
 */
public class JavaMethodAreaOOM {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object obj, Method method,
                                        Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                    return proxy.invokeSuper(obj, args);
                }
            });
            enhancer.create();
        }
    }
    static class OOMObject {
    }
}

运行结果

1.查找报错关键信息

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

2.检查JVM元空间设置参数是否过小

-XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M

3. 检查对应代码,是否使用CGLib生成了大量的代理类

while (true) {
...
 enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
              public Object intercept(Object obj, Method method,
                                      Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                  return proxy.invokeSuper(obj, args);
              }
          });
          enhancer.create();
}

本机直接内存溢出

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java 虚拟机规范中定义的内存区域。但是,这部分内存也被频繁地使用,而且也可能导致OOM。

在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类,它可以使用 native 函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。

直接内存溢出原因

  • 本机直接内存的分配虽然不会受到Java 堆大小的限制,但是受到本机总内存大小限制。
  • 直接内存由 -XX:MaxDirectMemorySize 指定,如果不指定,则默认与Java堆最大值(-Xmx指定)一样。
  • NIO程序中,使用ByteBuffer.allocteDirect(capability)分配的是直接内存,可能导致直接内存溢出。

直接内存溢出

  • 检查代码是否恰当
  • 检查JVM参数-Xmx,-XX:MaxDirectMemorySize 是否合理。

demo代码

package oom;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * -Xmx256m -XX:MaxDirectMemorySize=100M
 */
public class DirectByteBufferTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        //分配128MB直接内存
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);

        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        System.out.println("ok");
    }
}

运行结果

ByteBuffer分配128MB直接内存,而JVM参数-XX:MaxDirectMemorySize=100M指定最大是100M,因此发生直接内存溢出。

ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*128);

GC overhead limit exceeded

  • 这个是JDK6新加的错误类型,一般都是堆太小导致的。
  • Sun 官方对此的定义:超过98%的时间用来做GC并且回收了不到2%的堆内存时会抛出此异常。

解决方案

  • 检查项目中是否有大量的死循环或有使用大内存的代码,优化代码。
  • 检查JVM参数-Xmx -Xms是否合理
  • dump内存,检查是否存在内存泄露,如果没有,加大内存。

demo代码

package oom;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * JVm参数 -Xmx8m -Xms8m
 */
public class GCoverheadTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
            executor.execute(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(10000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    //do nothing
                }
            });
        }
    }
}

运行结果

实例代码使用了newFixedThreadPool线程池,它使用了无界队列,无限循环执行任务,会导致内存飙升。因为设置了堆比较小,所以出现此类型OOM。

总结

本文介绍了以下几种常见OOM异常

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

希望大家遇到OOM异常时,对症下药,顺利解决问题。同时,如果有哪里写得不对,欢迎指出,感激不尽。

参考与感谢

作者:Jay_huaxiao

链接:https://juejin.im/post/5d8aaad5f265da5b560de15b


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