通过代码模拟Java虚拟机规范中描述的各个运行时区域内存溢出的场景。

1. Java堆溢出2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出 2.1 StackOverflowError2.2 栈OutOfMemoryError 3. 方法区和运行时常量池溢出 3.1 运行时常量池溢出3.2 方法区溢出 4. 本机直接内存溢出小结

1. Java堆溢出

首先，虚拟机启动参数配置如下：

-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8

其中，-verbose:gc表示输出虚拟机中GC的详细情况。-Xms20M -Xmx20M最小堆内存20M，最大堆内存20M。-Xmn10M设置新生代的容量10M。-XX:+PrintGCDetails打印GC详细信息，-XX:SurvivorRatio=8年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。

import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * * * VM Args:-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:46:34 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:46:34 */ public class HeapOOM { static class OOMObject { } public static void main(String[] args) { List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>(); while (true) { list.add(new OOMObject()); } } }

输出：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2245) at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2219) at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:213) at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:187) at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:411) at HeapOOM.main(HeapOOM.java:15) Heap def new generation total 9216K, used 8920K [0x32570000, 0x32f70000, 0x32f70000) eden space 8192K, 100% used [0x32570000, 0x32d70000, 0x32d70000) from space 1024K, 71% used [0x32d70000, 0x32e26040, 0x32e70000) to space 1024K, 0% used [0x32e70000, 0x32e70000, 0x32f70000) tenured generation total 10240K, used 5693K [0x32f70000, 0x33970000, 0x33970000) the space 10240K, 55% used [0x32f70000, 0x334ff7f8, 0x334ff800, 0x33970000) compacting perm gen total 12288K, used 135K [0x33970000, 0x34570000, 0x37970000) the space 12288K, 1% used [0x33970000, 0x33991dd8, 0x33991e00, 0x34570000) ro space 10240K, 45% used [0x37970000, 0x37df1888, 0x37df1a00, 0x38370000) rw space 12288K, 54% used [0x38370000, 0x389f04f8, 0x389f0600, 0x38f70000)

-Xms20M -Xmx20M导致Java堆内存20M不可扩展，通过-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可以让虚拟机在内存溢出异常时DUMP内存快照供分析。

2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出

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；如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

2.1 StackOverflowError

虚拟机参数增加-Xss128k，每个线程栈大小128k。栈深度在大多数情况下（压入栈的帧大小不同）达到1000-2000是没有问题的，正常的方法调用和递归，这个深度是够用的。

/** * * * 功能描述： 模拟StackOverflowError * VM Args: -Xss128k * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:04:01 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:04:01 */ public class JavaVMStackSOF { 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 (Exception e) { System.out.println("stack length" + oom.stackLength); throw e; } } }

虚拟机抛出StackOverflowError异常，输出：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:7) at JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:8) ...

2.2 栈OutOfMemoryError

需要注意，为每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生栈内存溢出异常。 这个不难理解，每个线程分配到栈容量越大，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。 因此，可以通过“减少内存”的手段来解决栈内存溢出问题。

/** * * * 功能描述： 栈OutOfMemoryError * VM Args:-Xss2M 调大单线程可使用栈空间大小 * @author zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:20:06 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:20:06 */ public class JavaVMStackOOM { private void dontStop() { while (true) { } } public void stackLeakByThread() { while (true) { Thread thread = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { dontStop(); } }); thread.start(); } } public static void main(String[] args) { JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM(); oom.stackLeakByThread(); } }

Windows平台由于Java的线程是映射到操作系统的内核线程，因此上述代码可能会导致操作系统假死。

3. 方法区和运行时常量池溢出

3.1 运行时常量池溢出

JDK 1.7开始逐步“去永久代化”。在JDK 1.6及之前的版本，由于常量池分配在永久代，可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小，从而间接限制常量池容量。

import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * * * 功能描述： 运行时常量池内存溢出 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 上午11:50:48 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 上午11:50:48 */ public class RuntimeConstantPoolOOM { public static void main(String[] args) { // 使用List保持常量池引用，避免Full GC回收常量池行为 List<String> list = new ArrayList<String>(); // 10MB的PermSize在integer范围内足够产生OOM int i =0; while(true) { list.add(String.valueOf(i++).intern()); } } }

在JDK 1.6以下，运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.String.intern(Native Method) at RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:22)

在JDK 1.7及以上，while循环将一直进行下去。

3.2 方法区溢出

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。对于这些区域的测试，基本的思想是运行时产生大量的类去填满方法去，直到溢出。

package com.suning; import java.lang.reflect.Method; import net.sf.cglib.proxy.Enhancer; import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor; import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy; /** * * * 功能描述： 方法区内存溢出 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 下午3:31:27 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 下午3:31:27 */ 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 { // TODO Auto-generated method stub return proxy.invokeSuper(obj, args); } }); enhancer.create(); } } static class OOMObject { } }

运行结果：

Exception in thread "main" net.sf.cglib.core.CodeGenerationException: java.lang.reflect.InvocationTargetException-->null at net.sf.cglib.core.AbstractClassGenerator.create(AbstractClassGenerator.java:237) at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.createHelper(Enhancer.java:377) at net.sf.cglib.proxy.Enhancer.create(Enhancer.java:285) at com.suning.JavaMethodAreaOOM.main(JavaMethodAreaOOM.java:35) Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main"

4. 本机直接内存溢出

DirectMemory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。

import java.lang.reflect.Field; import sun.misc.Unsafe; /** * * * 功能描述： 本机直接内存溢出 * VM Args: -Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M * @author 作者 zhuyiquan90 * @created 2017-9-1 下午3:43:58 * @version 1.0.0 * @date 2017-9-1 下午3:43:58 */ public class DirectMemoryOOM { private static final int _1MB = 1024 * 1024; public static void main(String[] args) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException { 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 DirectMemoryOOM.main(DirectMemoryOOM.java:14)

需要注意，由DirectMemory导致的内存溢出，在Heap Dump文件中不会看见异常（Java NIO中是在和DirectMemory交互）。

小结

Java的OOM包括了：

Java堆溢出虚拟机栈和本地方法栈溢出方法区和运行时常量池溢出本机直接内存溢出