Java内存溢出示例

按照java内存的结构，发生内存溢出的地方常在于堆、栈、方法区、直接内存。

一、堆溢出

堆溢出原因莫过于对象太多导致，看代码：

/**
* java 堆溢出
* VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
* @author
*/
public class HeapOOM {

static class OOMObject {
}

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

while (true) {
list.add(new OOMObject());
/*System.out.println("total(k):"+Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024+
"  freeMemory(k):"+Runtime.getRuntime().freeMemory()/1024+
"  maxMemory(k):"+Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024+
"  availableProcessors:"+Runtime.getRuntime().availableProcessors());*/
}
}
}

/**
* java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid1820.hprof ...
Heap dump file created [24787111 bytes in 0.346 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2760)
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2734)
at java.util.ArrayList.ensureCapacity(ArrayList.java:167)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:351)
at baby.oom.HeapOOM.main(HeapOOM.java:19)
*
*
*/

二、栈溢出

根据JAVA虚拟机规范描述：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError

如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，将抛出OutOfMemoryError。

实验表明：在单线程下，无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是StackOverflowError。

通过不断的建立新线程的方式可以产生内存溢出溢出。为每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。如果是建立过多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数量或者更换64位虚拟机的情况下，就只能通过减少最大堆和减少栈容量来换取更多的线程。

假设32位windows系统虚拟机最大设为2G，虚拟机提供了参数来控制java堆和方法区这两部分最大值，剩余的内存为2G - Xmx- MaxPermSize，如果虚拟机本身进程内存大小不算在内，省下的内存就有虚拟机和本地方法栈瓜分了。每个线程分配到的栈容量越大，可以建立的线程数量自然就越少。

/**
* 栈异常
* 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError
* 如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，将抛出OutOfMemoryError
* VM Args：-Xss128k
* @author
*/
public class JavaVMStackSOF {

private int stackLength = 1;

public void stackLeak() {
stackLength++;
stackLeak();
}

public static void main(String[] args) throws Throwable {
JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
try {
oom.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
throw e;
}
}
}

/**
*
* stack length:2403
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at baby.oom.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:11)
at baby.oom.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)
at baby.oom.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:12)

默认情况下，即不加Xss限制，输出的length为8956，加了Xss128k length位2403
*/

/**
* VM Args：-Xss2M （这时候不妨设大些）
* @author
*/
public class JavaVMStackOOM {

int i=0;
private void dontStop() {
while (true) {
}
}

public void stackLeakByThread() {

while (true) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
dontStop();
}
});
i++;
System.out.println("i="+i);
thread.start();
}
}

public static void main(String[] args) throws Throwable {
JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();

try {
oom.stackLeakByThread();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("thread num:" + oom.i);
throw e;
}
}
}
//i=391
//thread num:391
//Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

三、方法区溢出

当运行时常量池过大或者类过多时就会导致方法区溢出。

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

/**
* VM Args：-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
* @author
*/
public class RuntimeConstantPoolOOM {

public static void main(String[] args) {
// 使用List保持着常量池引用，避免Full GC回收常量池行为
List<String> list = new ArrayList<String>();
// 10MB的PermSize在integer范围内足够产生OOM了
int i = 0;
while (true) {
list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
}

/**
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
at java.lang.String.intern(Native Method)
at baby.oom.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:18)

*/

/**
* VM Args： -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
* @author
*/
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() {

@Override
public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] arg, MethodProxy proxy) throws Throwable {
// TODO Auto-generated method stub
return proxy.invokeSuper(obj, arg);
}
});
enhancer.create();
}
}

static class OOMObject {

}
}

/*
* Exception in thread "main" net.sf.cglib.core.CodeGenerationException: java.lang.reflect.InvocationTargetException-->null
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:237)
at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:377)
at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:285)
at baby.oom.JavaMethodAreaOOM.main(JavaMethodAreaOOM.java:28)
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException
at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor1.invoke(Unknown Source)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:25)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:597)
at net.sf.cglib.core.ReflectUtils.defineClass(ReflectUtils.java:384)
at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:219)
... 3 more
Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:631)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:615)
... 8 more
*/

四、直接内存溢出
虽然使用DerictByteBuffer分配内存也会抛出内存溢出异常，但它抛出异常时并没有真正向操作系统申请分配，而是通过计算得知内存无法分配，于是手动抛出异常，真正申请分配内存的方法是unsafe.allocateMemory()。

import java.lang.reflect.Field;
import sun.misc.Unsafe;
/**
* VM Args：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
* @author
* Eclipse 默认把这些受访问限制的API设成了ERROR。

解决办法：将Windows->Preferences->Java-Complicer->Errors/Warnings->Deprecated and restricted API，中的Forbidden references(access rules)设置为Warning，即可以编译通过。

*/
public class DirectMemoryOOM {

private static final int _1MB = 1024 * 1024;

public static void main(String[] args) throws Exception {

Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
while (true) {
unsafe.allocateMemory(_1MB);
}
}
}

/**
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
at baby.oom.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:20)
*/