JVM（五）Java内存溢出场景
Java内存溢出即程序在申请内存时，没有足够的空间供其使用，出现out of memory。
常见于四种情况：
1、栈溢出（StackOverflowError）、
2、堆溢出（OutOfMemoryError:java heap space）、
3、永久代溢出（OutOfMemoryError: PermGen space）、
4、OutOfMemoryError:unable to create native thread，以下一一进行总结。
一、栈溢出 （java.lang.StackOverflowError : Thread Stack space）
java栈空间是线程私有的，是java方法执行的内存模型。每个方法执行时都会在java栈空间产生一个栈帧，存放方法的变量表，返回值等信息，方法的执行到结束就是一个栈帧入栈到出栈的过程。
栈溢出了，JVM依然是采用栈式的虚拟机，这个和C和Pascal都是一样的。函数的调用过程都体现在堆栈和退栈上了。调用构造函数的 “层”太多了，以致于把栈区溢出了。 通常来讲，一般栈区远远小于堆区的，因为函数调用过程往往不会多于上千层，而即便每个函数调用需要 1K的空间（这个大约相当于在一个C函数内声明了256个int类型的变量），那么栈区也不过是需要1MB的空间。通常栈的大小是1-2MB的。通俗一点讲就是单线程的程序需要的内存太大了。 通常递归也不要递归的层次过多，很容易溢出。
解决方法：1：修改程序。2：通过 -Xss: 来设置每个线程的Stack大小即可。
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
stackOverFlowError 顾名思义 就是 栈溢出
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：
/**
* VM Args: -Xss128k
*/
public class JavaVMStackSOF {
private int count = 0;
public static void main(String[] args) {
new JavaVMStackSOF().method();
}
public void method() {
System.out.println(++count);
method();
}
}
-Xss为128k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到2230时，发生如下异常：
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)
at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:564)
at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:619)
at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:561)
at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(StreamEncoder.java:271)
at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(StreamEncoder.java:125)
at java.io.OutputStreamWriter.write(OutputStreamWriter.java:207)
at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(BufferedWriter.java:129)
at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:526)
at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:597)
at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:736)
at com.demo.test.JavaVMStackSOF.method(JavaVMStackSOF.java:15)
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：
public class JavaVMStackOOM {
public static void main(String[] args) {
int count = 0;
while (true) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (Exception e) {
}
}
}
});
thread.start();
System.out.println(++count);
}
}
}
-Xss为128k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到11958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:693)
at com.demo.test.JavaVMStackOOM.main(JavaVMStackOOM.java:21)
随着-Xss参数值的增大，java程序可以创建的总线程数越少。
二、JVM Heap（堆）溢出：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Heap的大小是 新生代（Young Generation） 和 老年代（Tenured Generaion） 之和。在JVM中如果98%的时间是用于GC,且可用的Heap size 不足2%的时候将抛出此异常信息。
JVM在启动的时候会自动设置JVM Heap的值， 可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等选项可进行设置。
解决方法：手动设置JVM Heap（堆）的大小。
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：
/**
* VM Args: -Xms5m -Xmx5m
*/
public class HeapOOM {
public static void main(String[] args) {
int count = 0;
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
while(true){
list.add(new Object());
System.out.println(++count);
}
}
}
然后在运行时设置jvm参数，如下：
-Xmx为5m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到360145时，发生如下异常：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2245)
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2219)
at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:213)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:187)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:411)
at com.demo.test.HeapOOM.main(HeapOOM.java:12)
修改-Xmx为10m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到540217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。
三、永久代溢出 （ PermGen space溢出： java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space ）
PermGen space的全称是Permanent Generation space，是指内存的永久保存区域。为什么会内存溢出，这是由于这块内存主要是被JVM存放Class和Meta信息的，Class在被Load的时候被放入PermGen space区域，它和存放Instance的Heap区域不同，sun的 GC不会在主程序运行期对PermGen space进行清理，所以如果你的APP会载入很多CLASS的话，就很可能出现PermGen space溢出。一般发生在程序的启动阶段。
解决方法： 通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize设置永久代大小即可。
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：
/**
* VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
*/
public class MethodAreaOOM {
public static void main(String[] args) {
int count = 0;
while (true) {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOM.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
return proxy.invoke(obj, args);
}
});
enhancer.create();
System.out.println(++count);
}
}
}
-XX:MaxPermSize为10m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到800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.defineClass(ClassLoader.java:792)
... 8 more
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。
四、OutOfMemoryError
操作系统对每个进程的内存都是有一定限制的，当堆内存和非堆内存分配过大时，剩余的内存不足以创建足够的线程栈，就会产生OutOfMemoryError。因此我们可以增大进程占用的总内存或减小堆内存等来解决问题。
1、PermGen space
发生这种问题的原意是程序中使用了大量的jar或class，使java虚拟机装载类的空间不够，与Permanent Generation space有关。解决这类问题有以下两种办法：
1.1、增加java虚拟机中的XX:PermSize和XX:MaxPermSize参数的大小，其中XX:PermSize是初始永久保存区域大 小，XX:MaxPermSize是最大永久保存区域大小。如针对tomcat6.0，在catalina.sh 或catalina.bat文件中一系列环境变量名说明结束处（大约在70行左右） 增加一行： JAVA_OPTS=" -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m" 如果是windows服务器还可以在系统环境变量中设置。感觉用tomcat发布sprint+struts+hibernate架构的程序时很容易发生这种内存溢出错误。使用上述方法，我成功解决了部署ssh项目的tomcat服务器经常宕机的问题。
1.2、清理应用程序中web-inf/lib下的jar，如果tomcat部署了多个应用，很多应用都使用了相同的jar，可以将共同的jar移到 tomcat共同的lib下，减少类的重复加载。这种方法是网上部分人推荐的，我没试过，但感觉减少不了太大的空间，最靠谱的还是第一种方法。
2、OutOfMemoryError： Java heap space
发生这种问题的原因是java虚拟机创建的对象太多，在进行垃圾回收之间，虚拟机分配的到堆内存空间已经用满了，与Heap space有关。解决这类问题有两种思路：
2.1、检查程序，看是否有死循环或不必要地重复创建大量对象。找到原因后，修改程序和算法。 我以前写一个使用K-Means文本聚类算法对几万条文本记录（每条记录的特征向量大约10来个）进行文本聚类时，由于程序细节上有问题，就导致了 Java heap space的内存溢出问题，后来通过修改程序得到了解决。
2.2、增加Java虚拟机中Xms（初始堆大小）和Xmx（最大堆大小）参数的大小。如：set JAVA_OPTS= -Xms256m -Xmx1024m
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参考：
https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/7406903.html
https://blog.csdn.net/code_kkk/article/details/82939773
