本篇內(nèi)容主要講解“Java內(nèi)存異常原理是什么”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“Java內(nèi)存異常原理是什么”吧!
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關(guān)于對象的創(chuàng)建，第一反應(yīng)是new關(guān)鍵字，那么本文就主要講解new關(guān)鍵字創(chuàng)建對象的過程。
重慶分公司
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Student stu =new Student("張三"，"18");就拿上面這句代碼來說，虛擬機(jī)首先會去檢查Student這個類有沒有被加載，如果沒有，首先去加載這個類到方法區(qū)，然后根據(jù)加載的Class類對象創(chuàng)建stu實(shí)例對象，需要注意的是，stu對象所需的內(nèi)存大小在Student類加載完成后便可完全確定。內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間的實(shí)例數(shù)據(jù)部分初始化為零值,這也就是為什么我們在編寫Java代碼時創(chuàng)建一個變量不需要初始化。緊接著，虛擬機(jī)會對對象的對象頭進(jìn)行必要的設(shè)置，如這個對象屬于哪個類，如何找到類的元數(shù)據(jù)(Class對象),對象的鎖信息，GC分代年齡等。設(shè)置完對象頭信息后，調(diào)用類的構(gòu)造函數(shù)。
其實(shí)講實(shí)話，虛擬機(jī)創(chuàng)建對象的過程遠(yuǎn)不止這么簡單，我這里只是把大致的脈絡(luò)講解了一下，方便大家理解。
剛剛提到的實(shí)例數(shù)據(jù)，對象頭，有些小伙伴也許有點(diǎn)陌生，這一小節(jié)就詳細(xì)講解一下對象的內(nèi)存布局,對象創(chuàng)建完成后大致可以分為以下幾個部分:
對象頭
實(shí)例數(shù)據(jù)
對齊填充
對象頭:對象頭中包含了對象運(yùn)行時一些必要的信息，如GC分代信息，鎖信息，哈希碼，指向Class類元信息的指針等，其中對Javaer比較有用的是鎖信息與指向Class對象的指針，關(guān)于鎖信息，后期有機(jī)會講解并發(fā)編程JUC時再擴(kuò)展，關(guān)于指向Class對象的指針其實(shí)很好理解。比如上面那個Student的例子，當(dāng)我們拿到stu對象時，調(diào)用Class stuClass=stu.getClass();的時候，其實(shí)就是根據(jù)這個指針去拿到了stu對象所屬的Student類在方法區(qū)存放的Class類對象。雖然說的有點(diǎn)拗口，但這句話我反復(fù)琢磨了好幾遍，應(yīng)該是說清楚了。
實(shí)例數(shù)據(jù):實(shí)例數(shù)據(jù)部分是對象真正存儲的有效信息，就是程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容。
對齊填充:虛擬機(jī)規(guī)范要求對象大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。對齊填充其實(shí)就是來補(bǔ)全對象大小的。
談到對象的訪問，還拿上面學(xué)生的例子來說，當(dāng)我們拿到stu對象時，直接調(diào)用stu.getName();時，其實(shí)就完成了對對象的訪問。但這里要累贅說一下的是，stu雖然通常被認(rèn)為是一個對象，其實(shí)準(zhǔn)確來說是不準(zhǔn)確的，stu只是一個變量，變量里存儲的是指向?qū)ο蟮闹羔槪?如果干過C或者C++的小伙伴應(yīng)該比較清楚指針這個概念)，當(dāng)我們調(diào)用stu.getName()時，虛擬機(jī)會根據(jù)指針找到堆里面的對象然后拿到實(shí)例數(shù)據(jù)name.需要注意的是，當(dāng)我們調(diào)用stu.getClass()時，虛擬機(jī)會首先根據(jù)stu指針定位到堆里面的對象，然后根據(jù)對象頭里面存儲的指向Class類元信息的指針再次到方法區(qū)拿到Class對象，進(jìn)行了兩次指針尋找。具體講解圖如下:
內(nèi)存異常是我們工作當(dāng)中經(jīng)常會遇到問題，但如果僅僅會通過加大內(nèi)存參數(shù)來解決問題顯然是不夠的，應(yīng)該通過一定的手段定位問題，到底是因?yàn)閰?shù)問題，還是程序問題(無限創(chuàng)建，內(nèi)存泄露)。定位問題后才能采取合適的解決方案，而不是一內(nèi)存溢出就查找相關(guān)參數(shù)加大。
概念
內(nèi)存泄露:代碼中的某個對象本應(yīng)該被虛擬機(jī)回收，但因?yàn)閾碛蠫CRoot引用而沒有被回收。關(guān)于GCRoot概念，下一篇文章講解。
內(nèi)存溢出: 虛擬機(jī)由于堆中擁有太多不可回收對象沒有回收，導(dǎo)致無法繼續(xù)創(chuàng)建新對象。
在分析問題之前先給大家講一講排查內(nèi)存溢出問題的方法，內(nèi)存溢出時JVM虛擬機(jī)會退出，那么我們怎么知道JVM運(yùn)行時的各種信息呢，Dump機(jī)制會幫助我們，可以通過加上VM參數(shù)-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError讓虛擬機(jī)在出現(xiàn)內(nèi)存溢出異常時生成dump文件，然后通過外部工具(作者使用的是VisualVM)來具體分析異常的原因。
下面從以下幾個方面來配合代碼實(shí)戰(zhàn)演示內(nèi)存溢出及如何定位:
Java堆內(nèi)存異常
Java棧內(nèi)存異常
方法區(qū)內(nèi)存異常
/**
VM Args:
//這兩個參數(shù)保證了堆中的可分配內(nèi)存固定為20M
-Xms20m
-Xmx20m
//文件生成的位置，作則生成在桌面的一個目錄
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError //文件生成的位置，作則生成在桌面的一個目錄
//文件生成的位置，作則生成在桌面的一個目錄
-XX:HeapDumpPath=/Users/zdy/Desktop/dump/
*/
public class HeapOOM {
//創(chuàng)建一個內(nèi)部類用于創(chuàng)建對象使用
static class OOMObject {
}
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
//無限創(chuàng)建對象，在堆中
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
} Run起來代碼后爆出異常如下:
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to /Users/zdy/Desktop/dump/java_pid1099.hprof …
可以看到生成了dump文件到指定目錄。并且爆出了OutOfMemoryError，還告訴了你是哪一片區(qū)域出的問題:heap space
打開VisualVM工具導(dǎo)入對應(yīng)的heapDump文件(如何使用請讀者自行查閱相關(guān)資料)，相應(yīng)的說明見圖:
分析dump文件后，我們可以知道，OOMObject這個類創(chuàng)建了810326個實(shí)例。所以它能不溢出嗎？接下來就在代碼里找這個類在哪new的。排查問題。(我們的樣例代碼就不用排查了，While循環(huán)太兇猛了)分析dump文件后，我們可以知道，OOMObject這個類創(chuàng)建了810326個實(shí)例。所以它能不溢出嗎？接下來就在代碼里找這個類在哪new的。排查問題。(我們的樣例代碼就不用排查了，While循環(huán)太兇猛了)
老實(shí)說，在棧中出現(xiàn)異常(StackOverFlowError)的概率小到和去蘋果專賣店買手機(jī)，買回來后發(fā)現(xiàn)是Android系統(tǒng)的概率是一樣的。因?yàn)樽髡叽_實(shí)沒有在生產(chǎn)環(huán)境中遇到過，除了自己作死寫樣例代碼測試。先說一下異常出現(xiàn)的情況，前面講到過，方法調(diào)用的過程就是方法幀進(jìn)虛擬機(jī)棧和出虛擬機(jī)棧的過程，那么有兩種情況可以導(dǎo)致StackOverFlowError,當(dāng)一個方法幀(比如需要2M內(nèi)存)進(jìn)入到虛擬機(jī)棧(比如還剩下1M內(nèi)存)的時候，就會報出StackOverFlow.這里先說一個概念，棧深度:指目前虛擬機(jī)棧中沒有出棧的方法幀。虛擬機(jī)棧容量通過參數(shù)-Xss來控制,下面通過一段代碼，把棧容量人為的調(diào)小一點(diǎn)，然后通過遞歸調(diào)用觸發(fā)異常。
/**
* VM Args：
//設(shè)置棧容量為160K，默認(rèn)1M
-Xss160k
*/
public class JavaVMStackSOF {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak() {
stackLength++;
//遞歸調(diào)用，觸發(fā)異常
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) throws Throwable {
JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
try {
oom.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
throw e;
}
}
}結(jié)果如下:
stack length:751 Exception in thread “main”
java.lang.StackOverflowError
可以看到，遞歸調(diào)用了751次，棧容量不夠用了。
默認(rèn)的棧容量在正常的方法調(diào)用時，棧深度可以達(dá)到1000-2000深度，所以，一般的遞歸是可以承受的住的。如果你的代碼出現(xiàn)了StackOverflowError，首先檢查代碼，而不是改參數(shù)。
這里順帶提一下，很多人在做多線程開發(fā)時，當(dāng)創(chuàng)建很多線程時，容易出現(xiàn)OOM(OutOfMemoryError),這時可以通過具體情況，減少最大堆容量，或者棧容量來解決問題，這是為什么呢。請看下面的公式:
線程數(shù)*(最大棧容量)+最大堆值+其他內(nèi)存(忽略不計或者一般不改動)=機(jī)器最大內(nèi)存
當(dāng)線程數(shù)比較多時，且無法通過業(yè)務(wù)上削減線程數(shù)，那么再不換機(jī)器的情況下，你只能把最大棧容量設(shè)置小一點(diǎn)，或者把最大堆值設(shè)置小一點(diǎn)。
寫到這里時，作者本來想寫一個無限創(chuàng)建動態(tài)代理對象的例子來演示方法區(qū)溢出，避開談?wù)揓DK7與JDK8的內(nèi)存區(qū)域變更的過渡，但細(xì)想一想，還是把這一塊從始致終的說清楚。在上一篇文章中JVM系列之Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)詳解講到方法區(qū)時提到，JDK7環(huán)境下方法區(qū)包括了(運(yùn)行時常量池),其實(shí)這么說是不準(zhǔn)確的。因?yàn)閺腏DK7開始，HotSpot團(tuán)隊(duì)就想到開始去”永久代”,大家首先明確一個概念，方法區(qū)和”永久代”(PermGen space)是兩個概念，方法區(qū)是JVM虛擬機(jī)規(guī)范，任何虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)(J9等)都不能少這個區(qū)間，而”永久代”只是HotSpot對方法區(qū)的一個實(shí)現(xiàn)。為了把知識點(diǎn)列清楚，我還是才用列表的形式:
JDK7之前(包括JDK7)擁有”永久代”(PermGen space),用來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)。但在JDK7中已經(jīng)逐漸在實(shí)現(xiàn)中把永久代中把很多東西移了出來，比如:符號引用(Symbols)轉(zhuǎn)移到了native heap,運(yùn)行時常量池(interned strings)轉(zhuǎn)移到了java heap；類的靜態(tài)變量(class statics)轉(zhuǎn)移到了java heap.
所以這就是為什么我說上一篇文章中說方法區(qū)中包含運(yùn)行時常量池是不正確的，因?yàn)橐呀?jīng)移動到了java heap;
在JDK7之前(包括7)可以通過-XX:PermSize -XX:MaxPermSize來控制永久代的大小.
JDK8正式去除”永久代”,換成Metaspace(元空間)作為JVM虛擬機(jī)規(guī)范中方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)。
元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認(rèn)情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制，但仍可以通過參數(shù)控制:-XX:MetaspaceSize與-XX:MaxMetaspaceSize來控制大小。
Java 永久代是非堆內(nèi)存的組成部分，用來存放類名、訪問修飾符、常量池、字段描述、方法描述等，因運(yùn)行時常量池是方法區(qū)的一部分，所以這里也包含運(yùn)行時常量池。我們可以通過 jvm 參數(shù) -XX：PermSize=10M -XX：MaxPermSize=10M 來指定該區(qū)域的內(nèi)存大小，-XX：PermSize 默認(rèn)為物理內(nèi)存的 1/64 ,-XX：MaxPermSize 默認(rèn)為物理內(nèi)存的 1/4 。String.intern() 方法是一個 Native 方法，它的作用是：如果字符串常量池中已經(jīng)包含一個等于此 String 對象的字符串，則返回代表池中這個字符串的 String 對象；否則，將此 String 對象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此 String 對象的引用。在 JDK 1.6 及之前的版本中，由于常量池分配在永久代內(nèi)，我們可以通過 -XX：PermSize 和 -XX：MaxPermSize 限制方法區(qū)大小，從而間接限制其中常量池的容量,通過運(yùn)行 java -XX：PermSize=8M -XX：MaxPermSize=8M RuntimeConstantPoolOom 下面的代碼我們可以模仿一個運(yùn)行時常量池內(nèi)存溢出的情況：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class RuntimeConstantPoolOom {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
int i = 0;
while (true) {
list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
} 運(yùn)行結(jié)果如下：
[root@9683817ada51 oom]# ../jdk1.6.0_45/bin/java -XX:PermSize=8m -XX:MaxPermSize=8m RuntimeConstantPoolOom Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.String.intern(Native Method) at RuntimeConstantPoolOom.main(RuntimeConstantPoolOom.java:9)
還有一種情況就是我們可以通過不停的加載class來模擬方法區(qū)內(nèi)存溢出，《深入理解java虛擬機(jī)》中借助 CGLIB 這類字節(jié)碼技術(shù)模擬了這個異常，我們這里使用不同的 classloader 來實(shí)現(xiàn)（同一個類在不同的 classloader 中是不同的），代碼如下
import java.io.File;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class MethodAreaOom {
public static void main(String[] args) throws MalformedURLException, ClassNotFoundException {
Set> classes = new HashSet>();
URL url = new File("").toURI().toURL();
URL[] urls = new URL[]{url};
while (true) {
ClassLoader loader = new URLClassLoader(urls);
Class loadClass = loader.loadClass(Object.class.getName());
classes.add(loadClass);
}
}
} [root@9683817ada51 oom]# ../jdk1.6.0_45/bin/java -XX:PermSize=2m -XX:MaxPermSize=2m MethodAreaOom Error occurred during initialization of VM java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at sun.net.www.ParseUtil.(ParseUtil.java:31) at sun.misc.Launcher.getFileURL(Launcher.java:476) at sun.misc.Launcher$ExtClassLoader.getExtURLs(Launcher.java:187) at sun.misc.Launcher$ExtClassLoader. (Launcher.java:158) at sun.misc.Launcher$ExtClassLoader$1.run(Launcher.java:142) at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method) at sun.misc.Launcher$ExtClassLoader.getExtClassLoader(Launcher.java:135) at sun.misc.Launcher. (Launcher.java:55) at sun.misc.Launcher. (Launcher.java:43) at java.lang.ClassLoader.initSystemClassLoader(ClassLoader.java:1337) at java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader(ClassLoader.java:1319)
在 jdk1.8 上運(yùn)行上面的代碼將不會出現(xiàn)異常，因?yàn)?jdk1.8 已結(jié)去掉了永久代，當(dāng)然 -XX:PermSize=2m -XX:MaxPermSize=2m 也將被忽略，如下
[root@9683817ada51 oom]# java -XX:PermSize=2m -XX:MaxPermSize=2m MethodAreaOom Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option PermSize=2m; support was removed in 8.0 Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM warning: ignoring option MaxPermSize=2m; support was removed in 8.0
jdk1.8 使用元空間（ Metaspace ）替代了永久代（ PermSize ），因此我們可以在 1.8 中指定 Metaspace 的大小模擬上述情況
