JVM 堆(heap)溢出案例

一、说明

当虚拟机申请不到内存空间的时候，会报堆内存溢出: OutOfMemoryError:java heap space。

常见的原因：http://outofmemory.cn/c/java-...

我测试到时候，运行在 16G 内存的机器上。JVM 堆内存 默认为物理内存的1/4，即 16 * 1/4 = 4G

JDK 8的 JVM 在 JDK 7 的基础上从堆内存中移除了永久代（Perm Generation），替换为了堆内存之外的元空间（Metaspace），元空间是堆外直接内存，不受堆内存的限制，只受物理内存的限制，可以提供更大的空间。

二、原因及解决办法

OutOfMemoryError 异常的常见原因：

1. 加载的数据过大。如：加载的文件或者图片过大、一次从数据库取出过多数据
2. 代码存在死循环或循环产生过多的对象

解决方法

1. 增加jvm的内存大小，使用 -Xmx 和 -Xms 来设置
2. 检查代码中是否有死循环或递归调用。
3. 检查是否有大循环重复产生新对象实体。
4. 检查对数据库查询中，是否有一次获得全部数据的查询。一般来说，如果一次取十万条记录到内存，就可能引起内存溢出。这个问题比较隐蔽，在上线前，数据库中数据较少，不容易出问题，上线后，数据库中数据多了，一次查询就有可能引起内存溢出。因此对于数据库查询尽量采用分页的方式查询。
5. 检查List、Map等集合对象是否有使用完后，未清除的问题。List、MAP等集合对象会始终存有对对象的引用，使得这些对象不能被GC回收。

三、代码示例

/**java堆溢出实例
 * 原理：java的堆是用来存放对象实例的，所以我们只要做到以下三点就可以使堆溢出：
 * 1、限制堆的大小，不可扩展
 * 2、不断新建对象
 * 3、保持对象存活不被回收
 * 对应的，我们需要：
 * 1、改变JVM的启动参数，将堆的最小值和最大值设成一样，这样就可以避免堆自动扩展（其实不一样也可以）
 * 2、不断产生对象
 * 3、使用一个List来保存对象，保持对象存活
 *
 * JVM配置参数： -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 *
 */
public class HeapOom {
    public static void main(String[] args) {
        // 此list实例会存放在堆内存中
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        int i = 0;
        boolean flag = true;
        while (flag) {
            try {
                i++;
                // 每次增加一个1M大小的数组对象
                list.add(new byte[1024 * 1024]);
            } catch (Throwable e) {  // catch 捕获的是 Throwable，而不是 Exception。因为 OutOfMemoryError 不属于 Exception 的子类。
                e.printStackTrace();
                flag = false;
                // 记录次数
                System.out.println("count=" + i);
            }
        }

        // 不让进程结束，便于使用分析工具来查看内存情况
        try {
            Thread.sleep(24 * 60 * 60 * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

使用的 java 1.8.0_171 版本：

$ java -version
java version "1.8.0_171"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_171-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.171-b11, mixed mode)

报错信息：

count=3316
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.song.HeapOom.main(HeapOom.java:21)

运行结果表明，运行到 3316 次时，出现了堆内存溢出。由于每次增加1M内存。粗略估计：程序大约使用3G内存时，出现了内存溢出情况。

通过jmap或VisualVM 者工具可以查看内存情况：最后可以看出，老年代内存使用情况，大约使用了2709MB，使用率近100%。从而导致了 OutOfMemoryError

TIPS：下面查看内存时，由于使用工具查看内存的时间不是同一时间，所以内存使用量有细微差别

1. 使用jmap查看的内存信息

$ jmap -heap 3428
Attaching to process ID 3428, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.66-b18

using thread-local object allocation.
Parallel GC with 4 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 4261412864 (4064.0MB)
   NewSize                  = 88604672 (84.5MB)
   MaxNewSize               = 1420296192 (1354.5MB)
   OldSize                  = 177733632 (169.5MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 637009920 (607.5MB)
   used     = 637009920 (607.5MB)
   free     = 0 (0.0MB)
   100.0% used
From Space:
   capacity = 11010048 (10.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 11010048 (10.5MB)
   0.0% used
To Space:
   capacity = 11010048 (10.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 11010048 (10.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation  // 老年代内存使用情况，大约使用了2709MB，使用率近100%（导致OutOfMemoryError）
   capacity = 2841116672 (2709.5MB)
   used     = 2840991320 (2709.38045501709MB)
   free     = 125352 (0.11954498291015625MB)
   99.99558793198338% used

4955 interned Strings occupying 422328 bytes.

2. 使用 VisualVM 查看的内存信息