OOM异常类型总结

OOM是什么？英文全称为 OutOfMemoryError（内存溢出错误）。当程序发生OOM时，如何去定位导致异常的代码还是挺麻烦的。

要检查OOM发生的原因，首先需要了解各种OOM情况下会报的异常信息。这样能缩小排查范围，再结合异常堆栈、heapDump文件、JVM分析工具和业务代码来判断具体是哪些代码导致的OOM。笔者在此测试并记录以下几种OOM情况。

环境准备

• jdk1.8（HotSpot虚拟机）
• windows操作系统
• idea开发工具

在idea上进行测试时，需要了解idea执行测试用例如何设置虚拟机参数（VM options）。如下图所示：

1. 单击main方法的启动图标，选择修改运行配置
   
   

2. 打开Add VM options，将JVM参数填在图示VM options处
   
   

堆溢出

Java堆是用来存储对象实例的，只要不断的创建对象，并保证对象不被GC回收掉，那么当对象占用的内存达到了最大堆内存限制，无法再申请到新的内存空间时，就会导致OOM。要让对象不被回收就需要保证GC Roots引用链可以到达该对象，此处采用了List来保持对对象的引用。并且设置参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError打印OOM发生时的堆内存状态。代码如下：

/**
 * VM options: -Xms10m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * @author yywf
 * @date 2024/4/11
 */
public class HeapOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = new LinkedList<>();
        while (true) {
            list.add(new Object());
        }
    }
}

执行结果



提示信息为GC overhead limit exceeded。

使用JProfiler打开heapDump文件，可以看到启动类加载器中的java.util.LinkedList占用了92.3%的堆内存

字符串常量池溢出

通过String.intern()这个native方法将字符串添加到常量池中。

测试代码如下：

/**
 * VM options: -Xms2M -Xmx2M
 * @author yywf
 * @date 2024/4/11
 */
public class StringConstantOOMTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new LinkedList<>();
        int i = 0;
        while (true) {
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}

执行结果

在jdk8中，字符串常量池已经移到了堆中。所以抛出的异常是堆内存溢出。

栈溢出

在JVM规范中，栈有虚拟机栈和本地方法栈之分。但在实际的实现中，HotSpot虚拟机是没有区分虚拟机栈和本地方法栈的。所以对于HotSpot来说，-Xoss（设置本地方法栈大小）参数是无效的，栈容量只能通过-Xss参数设置。

栈深度造成的溢出

在JVM规范中，如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。测试代码如下：

/**
 * VM options: -Xss128k
 * @author yywf
 * @date 2024/4/11
 */
public class StackOOMTest {

    private int stackLength = 1;

    public void stackDeep() {
        stackLength++;
        stackDeep();
    }

    public static void main(String[] args) {
        StackOOMTest test = new StackOOMTest();

        try {
            test.stackDeep();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("栈深度：" + test.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

执行结果

创建线程造成的内存溢出

另一种情况，机器的RAM内存是固定的，如果不考虑其他程序占用内存，那么RAM就由堆、方法区、程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈瓜分。通过不断的创建线程占满RAM的内存，会导致什么情况呢？测试代码：

/**
 * VM options: -Xss10M
 * @author yywf
 * @date 2024/4/11
 */
public class CreateThreadOOMTest {

    public void stackOOMByThread() {
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(60000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            });
            thread.start();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        CreateThreadOOMTest test = new CreateThreadOOMTest();
        test.stackOOMByThread();
    }
}

这里把栈的大小设置为了10M，也就是说创建一个线程最少需要10M的内存。可以更快的出现结果。

执行结果

抛出的是OutOfMemoryError。慎用慎用慎用，重要的事情说三遍，本人在测试的时候电脑死机了一会。得亏在线程的run方法中让线程睡眠了，不然cpu+内存双双阵亡。

方法区溢出

方法区大小在jdk1.7（包含）以前版本是通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来设置的。在jdk8的实现叫做元空间（metaspace），通过-XX:MetaspaceSize=10M和-XX:MaxMetaspaceSize=10M来设置其大小。

方法区存放的是类的信息，所以在运行时不断创建类就行。这里使用CGLib动态代理来生成类，可以添加以下maven依赖来使用CGLib：

<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-core</artifactId>
    <version>5.3.13</version>
</dependency>

测试代码如下：

/**
 * VM options: -XX:MetaspaceSize=10M -XX:MaxMetaspaceSize=10M
 * @author yywf
 * @date 2024/4/11
 */
public class MetaSpaceOomTest {

    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(Object.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();
        }
    }
}

执行结果

本机直接内存溢出

通过-XX:MaxDirectMemorySize=10M参数设置能申请的DirectMemory大小。如果不设置则默认为java堆的最大值。通过反射获取Unsafe实例，使用其来申请DirectMemory内存。

测试代码如下：

/**
 * VM options: -Xmx10M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
 * @author yywf
 * @date 2024/4/11
 */
public class DirectOOMTest {
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {

        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(1048576);
        }
    }
}

执行结果