Java虚拟机常见内存溢出错误汇总

一、引言

从事java开发的小伙伴在平时的开发工作中，应该会遇见各式各样的异常和错误，在实际工作中积累的异常或者错误越多，趟过的坑越多，就会使我们编码更加的健壮，就会本能地避开很多严重的坑。以下介绍几个Java虚拟机常见内存溢出错误。以此警示，避免生产血案。

二、模拟Java虚拟机常见内存溢出错误

1、内存溢出之栈溢出错误

package com.jayway.oom; 
 
/** 
 * 栈溢出错误 
 * 虚拟机参数：-Xms10m -Xmx10m 
 * 抛出异常：Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError 
 */
 public class StackOverflowErrorDemo { 
 
 public static void main(String[] args) { 
  stackOverflowError(); 
 } 
 
 private static void stackOverflowError() { 
  stackOverflowError(); 
 } 
 
}

2、内存溢出之堆溢出错误

package com.jayway.oom; 
 
import java.util.Random; 
 
/** 
 * 堆溢出错误 
 * 虚拟机参数：-Xmx10m -Xms10m
 * 抛出异常：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 
 */
 public class JavaHeapSpaceErrorDemo { 
 
 public static void main(String[] args) { 
  String temp = "java"; 
  //不断地在堆中开辟空间，创建对象，撑爆堆内存
  while (true) { 
    temp += temp + new Random().nextInt(111111111) + new Random().nextInt(222222222); 
    temp.intern(); 
  } 
 } 
}

3、内存溢出之GC超过执行限制错误

package com.jayway.oom; 
 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
 
/** 
 * GC超过执行限制错误 
 * 虚拟机参数：-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=5m 
 * * 抛出异常：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded 
 * * 导致原因：GC回收时间过长会抛出OutOfMemoryError，何为过长，即超过98%的cpu时间用来做GC垃圾回收 
 * 但是回收效果甚微，仅仅只有2%的CPU时间用来用户程序的工作，这种状态是很糟糕的，程序在不断地GC 
 * 形成恶性循环，CPU的使用率一直是满负荷的，正经活却没有干，这种情况虚拟机只好抛出错误来终止程序的执行 
 * 
 * 不断地Full GC，事倍功微 
 * [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 2047K->2047K(2560K)] [ParOldGen: 7167K->7161K(7168K)] 9215K->9209K(9728K), [Metaspace: 3529K->3529K(1056768K)], 0.0291829 secs] [Times: user=0.08 sys=0.02, real=0.03 secs] 
 */
 public class GCOverheadErrorDemo { 
 
  public static void main(String[] args) { 
    int i = 0; 
    List<String> list = new ArrayList<>(); 
    try { 
      while (true) { 
      list.add(String.valueOf(++i).intern()); 
      } 
    } catch (Throwable e) { 
      System.out.println("*****************i:" + i); 
      e.printStackTrace(); 
      throw e; 
    } 
  } 
}

4、内存溢出之直接内存溢出错误

package com.jayway.oom; 
 
import java.nio.ByteBuffer; 
 
/** 
 * 直接内存溢出错误 
 * 抛出异常：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory 
 * * 配置虚拟机参数：-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:MaxDirectMemorySize=5m 
 * * 导致原因：通常NIO程序经常使用ByteBuffer来读取或者写入数据，这是一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的IO方式， 
 * 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堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用， 
 * 这样能子一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native内存中来回复制数据。 
 * 
 * ByteBuffer.allocate(capability):分配JVM堆内存，数据GC的管辖范围，由于需要拷贝所以速度相对较慢 
 * 
 * ByteBuffer.allocate(capability):分配OS本地内存，不属于GC管辖范围，由于不需要内存拷贝，所以速度相对较快。 
 * 
 * 但是如果不断分配本地内存，堆内存很少使用，那么JVM就不需要执行GC，DirectByteBuffer对象就不会被回收，此时如果继续分配堆外内存， 
 * 可能堆外内存已经被耗光了无法继续分配，此时程序就会抛出OutOfMemoryError，直接崩溃。 
 * 
 */
 public class DirectBufferMemoryErrorDemo { 
 
  public static void main(String[] args) { 
    //默认JVM配置的最大直接内存是总物理内存的四分之一 
    long maxDirectMemory = sun.misc.VM.maxDirectMemory() / 1024 / 1024; 
    System.out.println("配置的maxDirectMemory:" + maxDirectMemory + "MB"); 
 
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(6 * 1024 * 1024); 
  } 
 
}

5、内存溢出之无法创建新的本地线程

package com.jayway.oom; 
 
/** 
 * 内存溢出之无法创建新的本地线程 
 * 抛出异常：java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread 
 * * 描述： 
 * 高并发请求服务器时，经常出现java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread 
 *   native thread异常与对应的平台有关 
 * 
 * 导致原因： 
 *   1、应用程序创建了太多线程了，一个应用进程创建的线程数超过系统承载极限。 
 *   2、操作系统并不允许你的应用进程创建这么多的线程，linux系统默认允许单个进程可以创建的线程数是1024个 
 * 
 * 解决方法： 
 *   1、想办法降低应用进程创建的线程数量， 
 *   2、如果应用程序确实需要这么多线程，超过了linux系统的默认1024个限制，可以通过修改linux服务器配置，提高这个阈值。 
 * 
 */
 public class UnableCreateNativeThreadErrorDemo { 
 
  public static void main(String[] args) { 
    for (int i = 0; true; i++) { 
      System.out.println("***************i:" + i); 
 
      //不断得创建新线程，直到超过操作系统允许应用进程创建线程的极限 
      new Thread(() -> { 
        try { 
          Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE); 
        } catch (InterruptedException e) { 
          e.printStackTrace(); 
        } 
      }).start(); 
    } 
  } 
}

6、内存溢出之元空间溢出错误

package com.jayway.oom; 
 
import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer; 
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor; 
import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy; 
 
import java.lang.reflect.Method; 
 
/** 
 * 元空间溢出错误 
 * 抛出异常：java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace 
 * * 设置虚拟机参数：-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=8m 
 * * 描述：Java8及以后的版本使用Metaspace来替代了永久代。metaspace是方法区在HotSpot中的实现，它与持久代最大的区别在于 
 *   Metaspace并不在虚拟机内存中而是在本地内存中。 
 * 
 * 元空间存储了以下信息： 
 *   1、虚拟机加载的类信息 
 *   2、常量池 
 *   3、静态变量 
 *   4、即时编译后的代码 
 * 
 */
 public class MetaspaceErrorDemo { 
 
  static class OOMTest { 
  } 
 
  public static void main(String[] args) { 
    int count = 0; 
 
    try { 
    //cglib不断创建类，模拟Metaspace空间溢出，我们不断生成类往元空间中灌，超过元空间大小后就会抛出元空间移除的错误 
      while (true) { 
        count++; 
        Enhancer enhancer = new Enhancer(); 
        enhancer.setSuperclass(OOMTest.class); 
        enhancer.setUseCache(false); 
        enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() { 
          @Override 
          public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable { 
            return methodProxy.invokeSuper(o, args); 
          } 
        }); 
        enhancer.create(); 
      } 
    } catch (Throwable e) { 
      System.out.println("************多少次后发生了异常：" + count); 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
}

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