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());
        }
    }
}

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

在eclipse中设置vm arguments参数为了测试OOM

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)

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:

young gc log format

full gc log format

还有jvm heap的内存结构

jvm-memory-model

在正常运行状况下:

  1. 新的对象都在eden上创建
  2. 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
  3. 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

oom-memory-analyzer

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:

oom-object-list

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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