实战：OutOfMemoryError和StackOverflowError异常
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。
-Xms：堆的最小值
-Xmx：堆的最大值
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：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
Java堆内存溢出异常测试：
/**
* VM Args:-Xms20m -Xmx20m -XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError
*/
public class HeapOOM {
static class OOMObject{
}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
while(true){
list.add(new OOMObject());
}
}
}
运行结果：
java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space Dumping heap to java_pid3404.hprof ... Heap dump file created[22045981 bytes in 0.663 secs]
要解决这个区域的异常，一般通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）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露（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）。
如果是内存泄露，可进一步通过工具查看泄露对象到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。
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堆参数（-Xms与-Xmx），与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否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。
在HotSpot虚拟机中不区分虚拟机栈和本地方法栈，
-Xoss：设置本地方法栈大小。此参数对HotSpot无效，HotSpot栈容量只由-Xss参数设定。
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：
1）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。
2）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。
在笔者的试验中，将试验范围限制于单线程中的操作，尝试了下面两种方法均无法让虚拟机产生OutOfMemoryError异常，尝试的结果都是获得StackOverflowError异常，测试代码如下：
1）使用-Xss参数减少栈内存容量，结果：抛出StackOverflowError异常，异常出现时输出的堆栈深度相应缩小。
2）定义了大量的本地变量，增大此方法帧中本地变量表的长度。结果抛出StackOverflowError异常时输出的堆栈深度相应缩小。
/**
* VM args:-Xss128k
*/
public class JavaVMStackSOF {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak(){
stackLength++;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) throws Throwable{
JavaVMStackSOF com = new JavaVMStackSOF();
try {
com.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("stack length:" + com.stackLength);
throw e;
}
}
}
运行结果：
Exception in thread "main" stack length:10828
java.lang.StackOverflowError
at com.qianqian.manage.brand.login.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:16)
at com.qianqian.manage.brand.login.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:17)
at com.qianqian.manage.brand.login.JavaVMStackSOF.stackLeak(JavaVMStackSOF.java:17)
......
试验结果表明：在单线程下，无论是由于帧栈太大还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是StackOverflowError异常。
如果测试时不限于单线程，通过不断地建立线程的方式倒是可以产生内存溢出异常，但是这样产生的内存溢出异常与栈空间是否足够大并不存在任何联系，或者准确地说，在这种情况下，为每个线程的栈分配的内存越大，反而越容易产生内存溢出异常。
创建线程导致内存溢出异常：
/**
* VM args:-Xss2M(这时候不妨设置大些)
*/
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();
}
}
运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread
运行时常量池是方法区的一部分。
String.intern()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个等于此String对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象；否则，将此String对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String对象的引用。
-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize可以控制方法区的大小。
在JDK1.6及之前的版本中，运行时常量池导致的内存溢出异常：
/**
* VM args:PerSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
*/
public class RuntimeConstantPoolOOM {
public static void main(String[] args) {
//使用List保持着常量池引用，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了
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)
String.intern()返回引用的测试：
public class RuntimeConstantPoolOOM {
public static void main(String[] args) {
String str1 = new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();
System.out.println(str1.intern()==str1);
String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
System.out.println(str2.intern()==str2);
}
}
这段代码在JDK1.6中运行，会得到两个false，而在JDK1.7中运行，会得到一个true和一个false。产生差异的原因是：在JDK1.6中，intern()方法会首次遇到的字符串实例复制到永久代中，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用，而由StringBuilder创建的字符串实例在Java堆上，所以必然不是同一个引用，将返回false。而在JDK1.7（以及部分其它虚拟机，例如JRockit）的intern()实现不会再复制实例，只是在常量池中记录首次出现的实例引用，因此intern()返回的引用和由StringBuilder创建的那个字符串实例是同一个。对于str2比较返回false是因为“java”这个字符串在执行StringBuilder.toString()之前已经出现过，字符串常量池中已经有它的引用了，不符合“首次出现”的原则，而“计算机软件”这个字符则是首次出现的，因此返回true。
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，基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区，直到溢出。虽然直接使用Java SE API也可以动态产生类（如反射时的GeneratedConstructorAccessor和动态代理等），但在本次试验中操作起来比较麻烦。在下列代码中，笔者借助CGLib直接操作字节码运行时生成了大量的动态类。
当前的很多主流框架，如Spring、Hibernate，在对类进行增强是，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可以加载入内存。JVM上的动态语言（例如Groovy等）通常都会持续创建类来实现语言的动态性。
使用CGLib使方法区出现内存溢出异常：
/**
* 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(){
public Object intercept(Object obj,Method method,Object[] args,MethodProxy proxy) throws Throwable{
return proxy.invokeSuper(obj,args);
}
});
enhancer.create();
}
}
static class OOMObject{
}
}
运行结果：
Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the UncaughtExceptionHandler in thread "main" [GC [PSYoungGen: 158K->160K(9216K)] 1802K->1804K(19456K), 0.0003820 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] [Full GC [PSYoungGen: 160K->0K(9216K)] [ParOldGen: 1644K->1634K(10240K)] 1804K->1634K(19456K) [PSPermGen: 10239K->10239K(10240K)], 0.0227500 secs] [Times: user=0.10 sys=0.00, real=0.02 secs] [GC [PSYoungGen: 0K->0K(9216K)] 1634K->1634K(19456K), 0.0003340 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] [Full GC [PSYoungGen: 0K->0K(9216K)] [ParOldGen: 1634K->1634K(10240K)] 1634K->1634K(19456K) [PSPermGen: 10239K->10239K(10240K)], 0.0080700 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] Heap PSYoungGen total 9216K, used 76K [0x00000007ff600000, 0x0000000800000000, 0x0000000800000000) eden space 8192K, 0% used [0x00000007ff600000,0x00000007ff613068,0x00000007ffe00000) from space 1024K, 0% used [0x00000007fff00000,0x00000007fff00000,0x0000000800000000) to space 1024K, 0% used [0x00000007ffe00000,0x00000007ffe00000,0x00000007fff00000) ParOldGen total 10240K, used 1634K [0x00000007fec00000, 0x00000007ff600000, 0x00000007ff600000) object space 10240K, 15% used [0x00000007fec00000,0x00000007fed98bd0,0x00000007ff600000) PSPermGen total 10240K, used 10239K [0x00000007fe200000, 0x00000007fec00000, 0x00000007fec00000) object space 10240K, 99% used [0x00000007fe200000,0x00000007febfff40,0x00000007fec00000)
在经常动态生成大量Class的应用中，需要特别注意类的回收情况。这类场景除了上面提到的程序使用了CGLib字节码增强和动态语言之外，常见的还有：大量JSP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，被不同的加载器加载也会被视为不同的类）等。
使用unsafe分配本机内存：
/**
* VM args:-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M
*/
public class JavaMethodAreaOOM {
private static final int _1MB = 1024*1024;
public static void main(String[] args) {
Field unsafeField = Unsafe.class.getDelaredFields()[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 org.fenixsoft.com.DMOOM.main(DMOOM.java:20)
由DirectMemory导致的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常，如果读者发现OOM之后Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了NIO，那就可以考虑检查一下是不是这方面的原因。
