对栈，堆，直接内存溢出和异常信息整理详解

OutOfMemoryError异常

Java虚拟机中除了计数器外，虚拟机内存的其他几个运行时区域都有可能发生OutOfMemoryError异常

Java堆溢出

1. 概述:
   Java堆用于存储对象实例，只要不断地创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。
2. Java堆内存中常见的内存溢出异常情况。当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息"java.lang.OutOfMemoryError”"会跟着进步提示“Java heap space”(Java堆空间)
3. 要解决这个区域的异常，一般的手段是先通过内存映像分析工具(如Eclipse MemoryAnalyzer)对Dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏(MemoryLeak)还是内存溢出(MemoryOverflow).
4. 如果是内存泄露，可进一步通过工具在看泄露对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的，掌握了泄露对象的类型信息及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄露代码的位置，
5. 如果不存在泄露，换句话说，就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当检查虚拟机的维参数(-Xmx 与 -Xms),与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查存在某些对象生命周期过长，持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗
6. 举例：Java堆内存溢出异常测试

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 *  设置限制Java堆的大小为20MB,不可扩展(将堆的最小值-Xms参数与最大直-Xmx参数设置为样即可避免堆自动扩展)。
 *  通过参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryEror可以让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump出当前的内存堆转储快照以便事后进行分析。
 * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 * @author xx
 *
 */
public class Demo {
	
	static class OOMObject{
		
	}

	public static void main(String[] args) {
		List list  =  new ArrayList();
		while (true) {
			list.add (new OOMObject());
		}
	}
}


运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
	at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:265)
	at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:239)
	at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:231)
	at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:462)

Java虚拟机栈溢出

1. 由于在HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此，对于HotSpot米说，虽然-Xoss参数(设置本地方法栈大小)存在，但实际上是无效的，栈容量只由-Xss参数设定。
2. 关于虚拟机栈和本地方法栈，在Java虚拟机规范中描述了两种异常:
   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SuackOverflowEror 异常。
   如果虚拟机在展栈时无法中请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError 异常.
3. 举例：虚拟机栈和本地方法栈OOM测试
   使用-Xss参数减少栈内存容量。结果:抛出StackOverflowEror异常，异常出现时输出的堆线深度相应缩小。
   定义了大量的本地变量，增大此方法赖中本地变量表的长度。结果:抛出StackOverflowEmor异常时输出的堆栈深度相应缩小。

/**
 * VM Args: -Xss128k
 * @author 邢鑫
 *
 */
public class Demo {
	
	private int stackLength = 1;
	public void stackLeak() {
		stackLength++ ;
		stackLeak () ;
	}
	 public static void main(String[] args) throws Throwable {

	     JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF () ;
	     try {
	
	    	 oom.stackLeak() ; 
	     }catch (Throwable e) {
	
	    	 System. out.printin("stack length:" + oom.stackLength);
	    	 throw e;
	     }

	 }
}


运行结果：
stack length:2402

Exception in thread "main" java. lang . StackOverflowError

      at org. fenixsoft. oom. VMStackSOF .leak (VMStackSOF . java:20)
      at org. fenixsoft.oom. VMStackSOF . leak (VMStackSOF . java:21)
      at org. fenixsoft. oom. VMStackSOF .leak (VMStacksoF. java :21 )

实验结果表明:在单个线程下，无论是由于栈械太大还是虚拟机找容量太小，当内存天法分配的时候，虚批机地出的都是StackOverflowEror异常。

4. 操作系统分配给每个进程的内存是有限制的，臂如32位的Windows限制为2GB.虚拟机提供了参数来控制Java堆和方法区的这两部分内存的最大值。剩余的内存为2GB (操作系统限制)减去Xmx (最大堆容量)，再减去MaxPermSize (最大方法区容量)，程序计数器消耗内存很小，可以忽略掉。如果虚拟机进程本身耗费的内存不计算在内，剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈“瓜分”了。每个线程分配到的栈容量越大，可以建立的线程数量自然就越少，建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽。
5. 如果是建立过多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数或者更换64位店拟机的情况下，就只能通过减少最大堆和减少栈容量来换取更多的线程。

方法区和运行时常量池溢出

1. 在运行时常量池是方法区的一部分。
2. String intermO是一个Native方法，它的作用是： 如果字符串常量池中已经包含一一个等于此Singl象的字符小期每同代真迪中这个字符串的Sring对象:否则，将此Sring对象仙省的字莉小能加州常晨池中并且返同此Smi象的引用。
3. 在IDK 16及之前的版本中，由于需量他分配在水久代内，我们可以通过xx PemSi和xx MaPomSie限制方法区大小，从而间接展制其中常量池的容量。
4. 举例：运行时常量池导致的内存溢出异常

public class ConstantPoolOOM {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        
        int i =0;
        while(true){
            list.add(String.valueOf(i++).intern());
        }
    }
}


运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
	at java.lang.String.intern(Native Method)
	at org.fenixsoft.oom.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:18)

从运行结果中可以看到，运行时常量池溢出，在OutOfMemoryError后面跟随的提示信息是“PermGen space",说明运行时常量池属于方法区(HotSpot 虚拟机中的永久代)的一部分。而使用JDK 1.7 运行这段程序就不会得到相同的结果，while 循环将一直进行下去。

5. 方法区用于存放class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。
6. 当前的很多主流框架，如Spring. Hibemate, 在对类进行增强时，都会使用到CGLib这类字节码技术，增强的类越多，就需要越大的方法区来保证动态生成的Class可以加载人内存。另外，JVM上的动态语言(例如Groovy等)通常都会持续创建类来实现请言的动态性。
7. 举例：借助CGLib使方法区出现内存溢出异常

import java.lang.reflect.Method;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
 
/**
 * VM Args:- XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
 */
public class JavaMethodAreaOOM {
       public static void main(String[] args) {
             while (true){
                  Enhancer enhancer = new Enhancer();
                  enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
                  enhancer.setUseCache(false);
                  enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                         @Override
                         public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
                                    MethodProxy proxy) throws Throwable {
                               return proxy.invoke(obj, args);
                        }
                  });
                  enhancer.create();
            }
      }

      static class OOMObject{
      }
}


运行结果：
outOfMemoryError：permgem space

8. 方法区溢出产生的情况，使用了CGLih字节码增强和动态语言，大量ISP或动态产生JSP文件的应用（JSP 第一次运行时需要编译为Java类)、基于OSGI的应用(即使是同一个类文件，被不同的加载8加载也会视为不同的类)。

本机直接内存溢出

1. DircMemory(直接存储器)容量可通过-XX：MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定，则默认与Java堆最大值(-Xmx指定)一样。
2. Unsafe类的getUnsafcO方法限制了只有引导类加载器才会返回实例，也就是设计者希望只有r.jar中的类才能使用Unsafe的功能。
3. 真正中请分配内存的法是unsafe alocateMemory0。
4. 举例：使用unsafe分配本机内存

public class DirectMemoryOOM {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
        while (true) {
            unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}


运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
    at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
    at oom.DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:23)