JVM的内存溢出异常

在Java虚拟机规范的描述中，除了PC(程序计数器)寄存器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有发生OutOfMemoryError异常的可能。当发生OutOfMemoryError异常时，无法用try...catch捕捉。

在开始讲解之前，在这里先简单介绍下虚拟机启动相关的一些内存设置参数。因为OutOfMemoryError异常发生，与这些参数的设置密切相关。

举例说明含义：

-Xss128k

每个线程的java栈大小,一个线程java栈所有栈帧大小总和***允许的尺寸128k。

-Xms128m

表示JVM Heap(堆内存)最小尺寸128MB，初始分配

-Xmx512m

表示JVM Heap(堆内存)***允许的尺寸256MB，按需分配。

-XX:PermSize=20M

设置方法区的初始大小

-XX:MaxPermSize=30M

设置方法区的***值

Java栈溢出

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

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 Test {  
       
     private int count = 0;  
   
     public static void main(String[] args) {  
         new Test().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2312时，发生如下异常：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError  
    at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:58)  
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:392)  
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:447)  
    at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:544)  
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(StreamEncoder.java:252)  
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(StreamEncoder.java:106)  
    at java.io.OutputStreamWriter.write(OutputStreamWriter.java:190)  
    at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(BufferedWriter.java:111)  
    at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:476)  
    at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:547)  
    at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:686)  
    at jvm.Test.method(Test.java:17) 

修改-Xss为1280k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到26888时，发生StackOverflowError异常。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：

/**  
  * VM Args: -Xss128k  
  */ 
 public class Test {  
       
     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11887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:640)  
    at jvm.Test.main(Test.java:20) 

修改-Xss为1280k。其中的一次测试结果为，当count的值累加到1270时，发生OutOfMemoryError异常。随着-Xss参数值的增大，java程序可以创建的总线程数越少。

Java堆溢出

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***值。将会抛出OutOfMemoryError异常。例子如下：

/**  
  * VM Args: -Xmx5m  
  */ 
 public class Test {  
       
     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);  
         }  
     }  
   
 } 

-Xmx为5m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到297868时，发生如下异常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space  
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2760)  
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2734)  
    at java.util.ArrayList.ensureCapacity(ArrayList.java:167)  
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:351)  
    at jvm.Test.main(Test.java:15) 

修改-Xmx为10m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到670205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。

方法区溢出

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***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:MaxPermSize=50M  
   */ 
  public class Test {  
        
      public static void main(String[] args) {  
          int count = 0;  
          while (true) {  
               Enhancer enhancer = new Enhancer();  
               enhancer.setSuperclass(Test.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50m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到3953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.defineClassCond(ClassLoader.java:631)  
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:615)  
    ... 8 more 

修改-XX:MaxPermSize为100m。其中的一次测试结果为，当count的值累加到8022时，发生OutOfMemoryError异常。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。

相关的参考资料:

1.深入Java虚拟机(原书第2版)

2.深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与***实践

3.互联网相关的文章

原文链接：http://www.cnblogs.com/evan2012/archive/2012/05/12/2497086.html

【编辑推荐】

1. JVM程序员的阅读清单
2. JVM加载过程及异常
3. 当下主流JVM语言一览