jvm的内存溢出异常

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jvm的内存溢出异常
      1.jvm的内部体系结构浅析
      2.jvm的几个运行时数据区域
      3.jvm的内存溢出异常
    在Java虚拟机规范的描述中，除了PC(程序计数器)寄存器外，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。当发生OutOfMemoryError异常时，无法用try...catch捕捉。
    在开始讲解之前，在这里先简单介绍下虚拟机启动相关的一些内存设置参数。因为OutOfMemoryError异常发生，与这些参数的设置密切相关。
举例说明含义：
-Xss128k
每个线程的java栈大小,一个线程java栈所有栈帧大小总和最大允许的尺寸128k。
-Xms128m
表示JVM Heap(堆内存)最小尺寸128MB，初始分配
-Xmx512m
表示JVM Heap(堆内存)最大允许的尺寸256MB，按需分配。
-XX:PermSize=20M
设置方法区的初始大小
-XX:MaxPermSize=30M
设置方法区的最大值
Java栈溢出
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
1.StackOverflowError异常
       每当java程序代码启动一个新线程时，Java虚拟机都会为它分配一个Java栈。Java栈以帧为单位保存线程的运行状态。当线程调用java方法时，虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的java栈中。只要这个方法还没有返回，它就一直存在。如果线程的方法嵌套调用层次太多(如递归调用)，随着java栈中帧的逐渐增多，最终会由于该线程java栈中所有栈帧大小总和大于-Xss设置的值，而产生StackOverflowError内存溢出异常。例子如下：

1 /**
2  * VM Args: -Xss128k
3  */
4 public class Test {
5    
6     private int count = 0;
7
8     public static void main(String[] args) {
9         new Test().method();
10     }
11    
12     public void method() {
13         System.out.println(++count);
14         method();
15     }
16
17 }

-Xss为128k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到2312时，发生如下异常：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:58)
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:392)
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:447)
    at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:544)
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(StreamEncoder.java:252)
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(StreamEncoder.java:106)
    at java.io.OutputStreamWriter.write(OutputStreamWriter.java:190)
    at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(BufferedWriter.java:111)
    at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:476)
    at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:547)
    at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:686)
    at jvm.Test.method(Test.java:17)

修改-Xss为1280k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到26888时，发生StackOverflowError异常。随着-Xss参数值的增大，可以嵌套的方法调用层次也相应增加。
综上所述，StackOverflowError异常是由于方法调用的层次太深，最终导致为某个线程分配的所有栈帧大小总和大于-Xss设置的值，从而发生StackOverflowError异常。
2.OutOfMemoryError异常
java程序代码启动一个新线程时，没有足够的内存空间为该线程分配java栈(一个线程java栈的大小由-Xss参数确定)，jvm则抛出OutOfMemoryError异常。例子如下：

1 /**
2  * VM Args: -Xss128k
3  */
4 public class Test {
5    
6     public static void main(String[] args) {
7         int count = 0;
8         while (true) {
9             Thread thread = new Thread(new Runnable() {
10                 public void run() {
11                     while (true) {
12                         try {
13                             Thread.sleep(5000);
14                         } catch (Exception e) {}
15                     }
16                 }
17             }); 
18             thread.start();
19             System.out.println(++count);
20         }
21     }
22
23 }

-Xss为128k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到11887时，发生如下异常：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
    at java.lang.Thread.start0(Native Method)
    at java.lang.Thread.start(Thread.java:640)
    at jvm.Test.main(Test.java:20)
修改-Xss为1280k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到1270时，发生OutOfMemoryError异常。随着-Xss参数值的增大，java程序可以创建的总线程数越少。
Java堆溢出
Java堆用于储存对象实例。当需要为对象实例分配内存，而堆的内存占用又已经达到-Xmx设置的最大值。将会抛出OutOfMemoryError异常。例子如下：

1 /**
2  * VM Args: -Xmx5m
3  */
4 public class Test {
5    
6     public static void main(String[] args) {
7         int count = 0;
8         List<Object> list = new ArrayList<Object>();
9         while (true) {
10             list.add(new Object());
11             System.out.println(++count);
12         }
13     }
14
15 }

-Xmx为5m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到297868时，发生如下异常：
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 jvm.Test.main(Test.java:15)
修改-Xmx为10m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到670205时，发生OutOfMemoryError异常。随着-Xmx参数值的增大，java堆中可以存储的对象也越多。
方法区溢出
方法区用于存放java类型的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。在类装载器加载class文件到内存的过程中，虚拟机会提取其中的类型信息，并将这些信息存储到方法区。当需要存储类信息而方法区的内存占用又已经达到-XX:MaxPermSize设置的最大值。将会抛出OutOfMemoryError异常。对于这种情况的测试，基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。这里需要借助CGLib直接操作字节码运行时，生成了大量的动态类。例子如下：

1 /**
2   * VM Args: -XX:MaxPermSize=50M
3   */
4  public class Test {
5     
6      public static void main(String[] args) {
7          int count = 0;
8          while (true) {
9               Enhancer enhancer = new Enhancer();
10               enhancer.setSuperclass(Test.class);
11               enhancer.setUseCache(false);
12               enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
13                  public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
14                    MethodProxy proxy) throws Throwable {
15                      return proxy.invoke(obj, args);
16                  }
17               });
18               enhancer.create();
19               System.out.println(++count);
20          }
21      }
22 
23  }

-XX:MaxPermSize为50m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到3953时，发生如下异常：
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
修改-XX:MaxPermSize为100m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到8022时，发生OutOfMemoryError异常。随着-XX:MaxPermSize参数值的增大，java方法区中可以存储的类型数据也越多。