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Study_Java_HotSpot_OOME  
HotSpot OutOfMemoryError解析
Updated Aug 29, 2012 by jht5...@gmail.com

HotSpot中OutOfMemoryError解析

在JVM中内存一共有3种：Heap（堆内存），Non-Heap（非堆内存） [3]和Native（本地内存）。 [1]

堆内存是运行时分配所有类实例和数组的一块内存区域。非堆内存包含方法区和JVM内部处理或优化所需的内存，存放有类结构（如运行时常量池、字段及方法结构，以及方法和构造函数代码）。本地内存是由操作系统管理的虚拟内存。当一个应用内存不足时就会抛出 java.lang.OutOfMemoryError 异常。 [1]

问题 表象 诊断工具
内存不足 OutOfMemoryError Java Heap Analysis Tool(jhat) [4]
Eclipse Memory Analyzer(mat) [5]
内存泄漏 使用内存增长，频繁GC Java Monitoring and Management Console(jconsole) [6]
JVM Statistical Monitoring Tool(jstat) [7]
一个类有大量的实例 Memory Map(jmap) - "jmap -histo" [8]
对象被误引用 jconsole [6] 或 jmap -dump + jhat [8][4]
Finalizers 对象等待结束 jconsole [6] 或 jmap -dump + jhat [8][4]

当Java进程无法分配足够内存运行时将会抛出OutOfMemoryError：

1. java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

堆内存溢出时，首先判断当前最大内存是多少（参数： -Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=），可以通过命令 jinfo -flag MaxHeapSize [9]查看运行中的JVM的配置，如果该值已经较大则应通过 mat [5] 之类的工具查找问题，或 jmap -histo [8]查找哪个或哪些类占用了比较多的内存。参数 -verbose:gc(-XX:+PrintGC) -XX:+PrintGCDetails可以打印GC相关的一些数据。如果问题比较难排查也可以通过参数 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError在OOM之前Dump内存数据再进行分析。此问题也可以通过 histodiff打印多次内存histogram之前的差值，有助于查看哪些类过多被实例化，如果过多被实例化的类被定位到后可以通过btrace再跟踪。 [1][2]
下面代码可再现该异常： [2] 
List<String> list = new ArrayList<String>();
while(true) list.add(new String("Consume more memory!"));

2. java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

PermGen space即永久代，是非堆内存的一个区域。主要存放的数据是类结构及调用了 intern()的字符串。 [2] 
List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>();
while(true){
    MyClassLoader cl = new MyClassLoader();
    try{
        classes.add(cl.loadClass("Dummy"));
    }catch (ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
类加载的日志可以通过btrace跟踪类的加载情况： 
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
public class ClassLoaderDefine {

    @SuppressWarnings("rawtypes")
    @OnMethod(clazz = "+java.lang.ClassLoader", method = "defineClass", location = @Location(Kind.RETURN))
    public static void onClassLoaderDefine(@Return Class cl) {
        println("=== java.lang.ClassLoader#defineClass ===");
        println(Strings.strcat("Loaded class: ", Reflective.name(cl)));
        jstack(10);
    }
}
除了btrace也可以打开日志加载的参数来查看加载了哪些类，可以把参数 -XX:+TraceClassLoading打开，或使用参数 -verbose:class（ -XX:+TraceClassLoading, -XX:+TraceClassUnloading），在日志输出中即可看到哪些类被加载到Java虚拟机中。该参数也可以通过 jflag的命令 java -jar jflagall.jar -flag +ClassVerbose动态打开 -verbose:class。
下面是一个使用了 String.intern()的例子： [2] 
List<String> list = new ArrayList<String>();
int i=0;
while(true) list.add(("Consume more memory!"+(i++)).intern());
你可以通过以下btrace脚本查找该类调用： 
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
public class StringInternTrace {

    @OnMethod(clazz = "/.*/", method = "/.*/",
              location = @Location(value = Kind.CALL, clazz = "java.lang.String", method = "intern"))
    public static void m(@ProbeClassName String pcm, @ProbeMethodName String probeMethod,
                         @TargetInstance Object instance) {
        println(strcat(pcm, strcat("#", probeMethod)));
        println(strcat(">>>> ", str(instance)));
    }
}

3. java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

在JVM中每启动一个线程都会分配一块本地内存，用于存放线程的调用栈，该空间仅在线程结束时释放。当没有足够本地内存创建线程时就会出现该错误。通过以下代码可以很容易再现该问题： [2] 
 while(true){
    new Thread(new Runnable(){
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(60*60*1000);
            } catch(InterruptedException e) { }        
        }    
    }).start();
}

4. java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

即从Direct Memory分配内存失败，Direct Buffer对象不是分配在堆上，是在Direct Memory分配，且不被GC直接管理的空间（但Direct Buffer的Java对象是归GC管理的，只要GC回收了它的Java对象，操作系统才会释放Direct Buffer所申请的空间）。通过 -XX:MaxDirectMemorySize=可以设置Direct内存的大小。 [2][10] 
List<ByteBuffer> list = new ArrayList<ByteBuffer>();
while(true) list.add(ByteBuffer.allocateDirect(10000000));

5. java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

JDK6新增错误类型。当GC为释放很小空间占用大量时间时抛出。一般是因为堆太小。导致异常的原因：没有足够的内存。可以通过参数 -XX:-UseGCOverheadLimit关闭这个特性。 [13]

6. java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

详细信息表示应用申请的数组大小已经超过堆大小。如应用程序申请512M大小的数组，但堆大小只有256M，这里会抛出 OutOfMemoryError，因为此时无法突破虚拟机限制分配新的数组。在大多少情况下是堆内存分配的过小，或是应用尝试分配一个超大的数组，如应用使用的算法计算了错误的大小。 [12]

7. java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?

本地内存分配失败。一个应用的Java Native Interface(JNI)代码、本地库及Java虚拟机都从本地堆分配内存分配空间。当从本地堆分配内存失败时抛出OutOfMemoryError异常。例如：当物理内存及交换分区都用完后，再次尝试从本地分配内存时也会抛出OufOfMemoryError异常。 [12]

8. java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace> (Native method)

如果异常的详细信息是 <reason> <stack trace> (Native method) 且一个线程堆栈被打印，同时最顶端的桢是本地方法，该异常表明本地方法遇到了一个内存分配问题。与前面一种异常相比，他们的差异是内存分配失败是JNI或本地方法发现或是Java虚拟机发现。 [12]

参考资料

[1]. http://java.sun.com/developer/technicalArticles/J2SE/monitoring/
[2]. http://eyalsch.wordpress.com/2009/06/17/oome/
[3]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/lang/management/MemoryType.html
[4]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jhat.html
[5]. http://www.eclipse.org/mat/
[6]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jconsole.html
[7]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jstat.html
[8]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jmap.html
[9]. http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/tools/share/jinfo.html
[10]. http://eyesmore.iteye.com/blog/1133335
[11]. http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/index-137495.html
[12]. http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/memleaks-137499.html
[13]. http://blog.csdn.net/forandever/article/details/5717890