内存溢出和泄露

一、内存溢出和内存泄露

一种通俗的说法。
1、内存溢出：你申请了10个字节的空间，但是你在这个空间写入11或以上字节的数据，出现溢出。
2、内存泄漏：你用new申请了一块内存，后来很长时间都不再使用了（按理应该释放），但是因为一直被某个或某些实例所持有导致 GC 不能回收，也就是该被释放的对象没有释放。

下面具体介绍。

1.1 内存溢出

java.lang.OutOfMemoryError，是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用，出现OutOfMemoryError。
产生原因
产生该错误的原因主要包括：

JVM内存过小。
程序不严密，产生了过多的垃圾。
程序体现
一般情况下，在程序上的体现为：

内存中加载的数据量过于庞大，如一次从数据库取出过多数据。
集合类中有对对象的引用，使用完后未清空，使得JVM不能回收。
代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体。
使用的第三方软件中的BUG。
启动参数内存值设定的过小。
错误提示
此错误常见的错误提示：
tomcat:java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
tomcat:java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
weblogic:Root cause of ServletException java.lang.OutOfMemoryError
resin:java.lang.OutOfMemoryError
java:java.lang.OutOfMemoryError

解决方法

增加JVM的内存大小
对于tomcat容器，找到tomcat在电脑中的安装目录，进入这个目录，然后进入bin目录中，在window环境下找到bin目录中的catalina.bat，在linux环境下找到catalina.sh。
编辑catalina.bat文件，找到JAVA_OPTS（具体来说是 set "JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% %LOGGING_MANAGER%"）这个选项的位置，这个参数是Java启动的时候，需要的启动参数。
也可以在操作系统的环境变量中对JAVA_OPTS进行设置，因为tomcat在启动的时候，也会读取操作系统中的环境变量的值，进行加载。
如果是修改了操作系统的环境变量，需要重启机器，再重启tomcat，如果修改的是tomcat配置文件，需要将配置文件保存，然后重启tomcat，设置就能生效了。
优化程序，释放垃圾
主要思路就是避免程序体现上出现的情况。避免死循环，防止一次载入太多的数据，提高程序健壮型及时释放。因此，从根本上解决Java内存溢出的唯一方法就是修改程序，及时地释放没用的对象，释放内存空间。
1.2 内存泄露

Memory Leak，是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内存泄露危害可以忽略，但内存泄露堆积后果很严重，无论多少内存，迟早会被占光。
在Java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对象，这些对象有下面两个特点：
1）首先，这些对象是可达的，即在有向图中，存在通路可以与其相连；
2）其次，这些对象是无用的，即程序以后不会再使用这些对象。
如果对象满足这两个条件，这些对象就可以判定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。

关于内存泄露的处理页就是提高程序的健壮型，因为内存泄露是纯代码层面的问题。

1.3 内存溢出和内存泄露的联系

内存泄露会最终会导致内存溢出。
相同点：都会导致应用程序运行出现问题，性能下降或挂起。
不同点：1) 内存泄露是导致内存溢出的原因之一，内存泄露积累起来将导致内存溢出。2) 内存泄露可以通过完善代码来避免，内存溢出可以通过调整配置来减少发生频率，但无法彻底避免。

二、一个Java内存泄漏的排查案例

某个业务系统在一段时间突然变慢，我们怀疑是因为出现内存泄露问题导致的，于是踏上排查之路。

2.1 确定频繁Full GC现象

首先通过“虚拟机进程状况工具：jps”找出正在运行的虚拟机进程，最主要是找出这个进程在本地虚拟机的唯一ID（LVMID，Local Virtual Machine Identifier），因为在后面的排查过程中都是需要这个LVMID来确定要监控的是哪一个虚拟机进程。
同时，对于本地虚拟机进程来说，LVMID与操作系统的进程ID（PID，Process Identifier）是一致的，使用Windows的任务管理器或Unix的ps命令也可以查询到虚拟机进程的LVMID。
jps命令格式为：
jps [ options ] [ hostid ]
使用命令如下：
使用jps：jps -l
使用ps：ps aux | grep tomat

找到你需要监控的ID（假设为20954），再利用“虚拟机统计信息监视工具：jstat”监视虚拟机各种运行状态信息。
jstat命令格式为：
jstat [ option vmid [interval[s|ms] [count]] ]
使用命令如下：
jstat -gcutil 20954 1000
意思是每1000毫秒查询一次，一直查。gcutil的意思是已使用空间站总空间的百分比。
结果如下图：

 

jstat执行结果
查询结果表明：这台服务器的新生代Eden区（E，表示Eden）使用了28.30%（最后）的空间，两个Survivor区（S0、S1，表示Survivor0、Survivor1）分别是0和8.93%，老年代（O，表示Old）使用了87.33%。程序运行以来共发生Minor GC（YGC，表示Young GC）101次，总耗时1.961秒，发生Full GC（FGC，表示Full GC）7次，Full GC总耗时3.022秒，总的耗时（GCT，表示GC Time）为4.983秒。

2.2 找出导致频繁Full GC的原因

分析方法通常有两种：
1）把堆dump下来再用MAT等工具进行分析，但dump堆要花较长的时间，并且文件巨大，再从服务器上拖回本地导入工具，这个过程有些折腾，不到万不得已最好别这么干。
2）更轻量级的在线分析，使用“Java内存影像工具：jmap”生成堆转储快照（一般称为headdump或dump文件）。
jmap命令格式：
jmap [ option ] vmid
使用命令如下：
jmap -histo:live 20954
查看存活的对象情况，如下图所示：

 

存活对象
按照一位IT友的说法，数据不正常，十有八九就是泄露的。在我这个图上对象还是挺正常的。

我在网上找了一位博友的不正常数据，如下：

 

image.png
可以看出HashTable中的元素有5000多万，占用内存大约1.5G的样子。这肯定不正常。

2.3 定位到代码

定位带代码，有很多种方法，比如前面提到的通过MAT查看Histogram即可找出是哪块代码。——我以前是使用这个方法。 也可以使用BTrace，我没有使用过。

举例：

一台生产环境机器每次运行几天之后就会莫名其妙的宕机，分析日志之后发现在tomcat刚启动的时候内存占用比较少，但是运行个几天之后内存占用越来越大，通过jmap命令可以查询到一些大对象引用没有被及时GC，这里就要求解决内存泄露的问题。

 

Java的内存泄露多半是因为对象存在无效的引用，对象得不到释放，如果发现Java应用程序占用的内存出现了泄露的迹象，那么我们一般采用下面的步骤分析：
1. 用工具生成java应用程序的heap dump（如jmap）
2. 使用Java heap分析工具（如MAT），找出内存占用超出预期的嫌疑对象
3. 根据情况，分析嫌疑对象和其他对象的引用关系。
4. 分析程序的源代码，找出嫌疑对象数量过多的原因。

 下面是具体的案例：

1. 登录linux服务器，获取tomcat的pid，命令：

ps -ef|grep java  

 2. 利用jmap初步分析内存映射，命令：

jmap -histo:live 3514 | head -7  

第2行是我们业务系统的对象，通过这个对象的引用可以初步分析出到底是哪里出现了引用未被垃圾回收收集，通知开发人员优化相关代码。

 

3. 如果上面一步还无法定位到关键信息，那么需要拿到heap dump，生成离线文件，做进一步分析，命令：

jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof 3514 

　　

4. 拿到heap dump文件，利用eclipse插件MAT来分析heap profile。

a. 安装MAT插件

b. 在IDEA里切换到Memory Analysis视图

c. 用MAT打开heap profile文件。

 

 

直接看到下面Action窗口，有4种Action来分析heap profile，介绍其中最常用的2种:

- Histogram：这个使用的最多，跟上面的jmap -histo 命令类似，只是在MAT里面可以用GUI来展示应用系统各个类产生的实例。

 

 

Shllow Heap排序后发现 Cms_Organization 这个类占用的内存比较多（没有得到及时GC），查看引用： 

 

分析引用栈，找到无效引用，打开源码：