Java堆溢出OutOfMemoryError之代码实例和原因分析
本文演示了编写代码使得出现”java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space”异常，分析GC日志得出OOM的原因，同时对堆转储文件进行分析，以查看把Heap塞满的罪魁祸首；
实例代码
这段代码来自《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》一书：
package jvmtest;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*
* @author zzm
*/
public class HeapOOM {
static class OOMObject {
}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
}
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package jvmtest;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* VM Args：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*
* @author zzm
*/
public class HeapOOM {
static class OOMObject {
}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
}
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在eclipse运行该代码时，需要设置堆size的最小值和最大值，同时使用-XX:+PrintGCDetails参数开启GC日志打印，使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数当OOM时转储堆数据
-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
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-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
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然后点运行，会出现以下的GC日志、异常、堆信息、转储信息
[GC[DefNew: 7640K->1024K(9216K), 0.0164901 secs] 7640K->4593K(19456K), 0.0166075 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
[GC[DefNew: 9216K->1024K(9216K), 0.0190825 secs] 12785K->10510K(19456K), 0.0191593 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
[GC[DefNew: 9216K->9216K(9216K), 0.0000369 secs][Tenured: 9486K->5704K(10240K), 0.0520898 secs] 18702K->14129K(19456K), [Perm : 148K->148K(12288K)], 0.0522306 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.05 secs]
[Full GC[Tenured: 5704K->5704K(10240K), 0.0435436 secs] 14616K->14616K(19456K), [Perm : 148K->148K(12288K)], 0.0436766 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.04 secs]
[Full GC[Tenured: 5704K->5695K(10240K), 0.0499650 secs] 14616K->14606K(19456K), [Perm : 148K->147K(12288K)], 0.0500832 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.05 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid12428.hprof ...
Heap dump file created [29715028 bytes in 0.335 secs]
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:242)
at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:216)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:208)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:440)
at jvmtest.HeapOOM.main(HeapOOM.java:20)
Heap
def new generation total 9216K, used 8921K [0x33640000, 0x34040000, 0x34040000)
eden space 8192K, 100% used [0x33640000, 0x33e40000, 0x33e40000)
from space 1024K, 71% used [0x33e40000, 0x33ef6600, 0x33f40000)
to space 1024K, 0% used [0x33f40000, 0x33f40000, 0x34040000)
tenured generation total 10240K, used 5695K [0x34040000, 0x34a40000, 0x34a40000)
the space 10240K, 55% used [0x34040000, 0x345cfc28, 0x345cfe00, 0x34a40000)
compacting perm gen total 12288K, used 150K [0x34a40000, 0x35640000, 0x38a40000)
the space 12288K, 1% used [0x34a40000, 0x34a658c8, 0x34a65a00, 0x35640000)
ro space 10240K, 44% used [0x38a40000, 0x38eb73f0, 0x38eb7400, 0x39440000)
rw space 12288K, 52% used [0x39440000, 0x39a8dd28, 0x39a8de00, 0x3a040000)
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[GC[DefNew: 7640K->1024K(9216K), 0.0164901 secs] 7640K->4593K(19456K), 0.0166075 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
[GC[DefNew: 9216K->1024K(9216K), 0.0190825 secs] 12785K->10510K(19456K), 0.0191593 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
[GC[DefNew: 9216K->9216K(9216K), 0.0000369 secs][Tenured: 9486K->5704K(10240K), 0.0520898 secs] 18702K->14129K(19456K), [Perm : 148K->148K(12288K)], 0.0522306 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.05 secs]
[Full GC[Tenured: 5704K->5704K(10240K), 0.0435436 secs] 14616K->14616K(19456K), [Perm : 148K->148K(12288K)], 0.0436766 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.04 secs]
[Full GC[Tenured: 5704K->5695K(10240K), 0.0499650 secs] 14616K->14606K(19456K), [Perm : 148K->147K(12288K)], 0.0500832 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.05 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid12428.hprof ...
Heap dump file created [29715028 bytes in 0.335 secs]
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:242)
at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:216)
at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:208)
at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:440)
at jvmtest.HeapOOM.main(HeapOOM.java:20)
Heap
def new generation total 9216K, used 8921K [0x33640000, 0x34040000, 0x34040000)
eden space 8192K, 100% used [0x33640000, 0x33e40000, 0x33e40000)
from space 1024K, 71% used [0x33e40000, 0x33ef6600, 0x33f40000)
to space 1024K, 0% used [0x33f40000, 0x33f40000, 0x34040000)
tenured generation total 10240K, used 5695K [0x34040000, 0x34a40000, 0x34a40000)
the space 10240K, 55% used [0x34040000, 0x345cfc28, 0x345cfe00, 0x34a40000)
compacting perm gen total 12288K, used 150K [0x34a40000, 0x35640000, 0x38a40000)
the space 12288K, 1% used [0x34a40000, 0x34a658c8, 0x34a65a00, 0x35640000)
ro space 10240K, 44% used [0x38a40000, 0x38eb73f0, 0x38eb7400, 0x39440000)
rw space 12288K, 52% used [0x39440000, 0x39a8dd28, 0x39a8de00, 0x3a040000)
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GC日志分析
从图中可以看出，发生了3次GC和2次FULL GC，当两次FULL GC完成后，仍然发现没有空间，于是抛出了OOM异常；
首先贴一下GC和FULL GC的日志格式：
还有jvm heap的内存结构
在正常运行状况下：
- 新的对象都在eden上创建
- 如果eden的大小达到了阈值，就会触发GC，运行“标记-复制”算法，将Eden中有效的对象复制到Survivor中，并清除eden中无效的对象
- 如果eden的大小再次达到阈值，就会触发GC，将对象从eden对象复制到survivor，如果survivor中的对象达到了年龄限制，就会复制到old区；
如果young区向old区复制对象的时候，发现old区的空间无法满足，就会触发FULL GC，如果FULL GC之后，仍然无法承载Young区要晋升的对象大小，那么就会抛出OOM；
从Heap开头的日志可以看到eden区已经占用了100%，from survivor区也占用了71%无法承载来自eden的对象，eden+from survivor区对象之和为8192K+1024K*71%=8919.04K，但是old区只剩下10240*(1-55%)=的空间4608K的空间；新的对象无法在100%占用率的eden区创建，eden+survivor的对象又不能复制到old区，所以OOM；
注意：本文的代码很特殊，每个HeapOOM对象都没有被释放，正常情况下，eden很多无用对象是会被清除掉的，晋升到OLD的大小也不等于eden+survivor的大小之和；
堆转储文件分析
由于加上了-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数，所以OOM时，自动生成了一个java_pid12464.hprof的堆转储文件，给eclipse安装Memory Analyzer插件后，直接可以用该插件打开；
打开后如下图所示
可以看到main函数线程占用了13.9MB几乎所有的Heap空间，在饼图上右键 > list objects > with outgoing references，可以查看该部分包含了那些对象：
打开后发现，一个Obejct数组中包含了1215488个元素，每个元素都是HeapOOM对象，每个元素（引用类型）为8byte，这就是让堆OOM的罪魁祸首；
结论
- 使用JVM参数-XX:+PrintGCDetails可以打印GC日志
- 使用JVM参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可以在OOM时打印堆转储文件
- 使用eclipse插件Memory Analyzer可以分析对转储文件
- OOM的原因，是Old区在FULL GC之后的剩余空间，仍然无法承载Young区要晋升的对象大小
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