JVM唠嗑（一）—— 堆栈内存溢出 OOM 堆溢出 dump visualVM

蔚落 2022-10-07 00:53 201阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  前言——关于JVM调优的看法
     *  JVM JRE JDK
     *  堆 栈
     *  堆溢出
     *  dump visualVM 工具基本使用
     *  后记

## 前言——关于JVM调优的看法 ##

JVM调优，听起来是个玄幻高深的技术，java程序员里面你说自己会jvm调优，就感觉，同是九年义务教育，为什么你这么秀：）所以有些人似乎特别急切学JVM调优，希望看那些大部头的书来“精通它”，

但实际上，经过一系列调查，实际用JVM调优，需要有以下前提：

*  要求很高 最大限度发挥硬件效能
 *  极端的业务环境，比如大数据计算引擎 要求堆区足够大，吞吐量足够高等
 *  特殊业务场景出现性能问题 查漏补缺找BUG
 *  代码本身质量本身要ok

有些人代码习惯不好，比如构造了很多用完即扔的对象，比如嵌套着循环调接口，查数据库，造成不必要的性能过度浪费，又盲目去调优补救。其实如果通过观察jvm相关信息，找到bug所在，那我们学jvm目的也达到了，但是如果只是跟着网上教程调调堆大小，换换GC算法，然后一个个试，只知其一不知其二，那就是舍本逐末了，最后心态崩溃，认为不是我错了，是世界错了（bushi）

所以我认为，不能为了调优而调优，一方面，努力提升自己代码质量，另一方面，对这方面学习不能心急，一点一点学习，万丈高楼平地起，然后工作中特殊业务场景出现问题，可以学以致用，利用JVM监控信息去debug，一点点积累调参经验，慢慢的就会了。

聊回本笔记，本系列的笔记主要是科普性质，说实话也不够系统，我们可能从操作系统聊到JVM基础，可能看看JVM的内存模型，也可能聊聊常见的OOM问题，然后看看所谓调优工具是什么样子的。没吃过猪肉，得见过猪跑，我们遇到问题后有个大致的思路，能够看得懂大佬在说什么，能面试造火箭航母的时候问到jvm不懵逼，我觉得足矣，毕竟一上来给自己太大的心理负担——我要精通JVM调优，我觉得学习效果不一定好

## JVM JRE JDK ##

名词解释一下 省的一开始就劝退

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>缩略语</th> 
   <th>全程</th> 
   <th>中文</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>JDK</td> 
   <td><strong>J</strong>AVA <strong>D</strong>evelopment <strong>K</strong>it</td> 
   <td>JAVA开发工具包</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>JRE</td> 
   <td><strong>J</strong>AVA <strong>R</strong>untime <strong>E</strong>nvironment</td> 
   <td>JAVA运行环境</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>JVM</td> 
   <td><strong>J</strong>AVA <strong>V</strong>irtual <strong>M</strong>achine</td> 
   <td>JAVA虚拟机</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这张java se的架构图 稍微看看就好  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

另外，经常听大佬说什么`Hotspot VM板块划分`，`HotSpot 虚拟机` 啥玩意儿啊？

其实JVM 种类有很多，比如 Oralce-Sun，也就是Java官方的 Hotspot虚拟机，当然别的虚拟机也有，算是想在前人肩膀上改进？,比如 Oralce JRockit, IBM J9, Taobao JVM（真的是中国那个淘宝）等等。当然，Hotspot主流，必学。

## 堆 栈 ##

面向对象，我们操作的对象实例 大部分空间 存储的位置就在**堆Heap**里面

而我们**栈Stack**，因为其**先入后出**的特性，特别适合存方法的调用的相关**上下文context**，

**问题一** 啥是上下文，你可以简单理解，比如方法里面的**局部变量**，存状态，存标志位，存数据的那些信息，只要方法不执行结束（return），他这些上下文信息必须存在栈里面，否则凉凉，

为啥？举个不那么恰当的例子，假设这个方法A执行途中调用别的方法B，比方说循环调用，

int i=LEN;
    for(; i>=0; i--) {
    	B();
    }

B是需要A存储的变量i的，否则执行多少次他自己都不知道。。所以只要A不执行结束则其上下文必须存着，存在栈里。

**问题二** 为什么方法context适合用栈存

我们再看看经典的**递归**，  
为什么？你想，递归意思，方法自我调用，一层一层的调用自己，每次调用都要用栈存这个方法相关的context，那么最终，当最后一次被调用的方法开始执行，我们知道，这个方法的context是存在栈顶的，他是最后进栈的（context最后存到栈里边的），这时栈的深度（存进去的context数量）是最大的，

好，最后进栈的那个方法，他**执行完了**，要return返回了，那么，返回以后我们自然不需要存它的context了——他执行完已经没用了，这时发生出栈（弹栈 pop）操作，换言之，**最后进栈的最先出栈**

所以这个栈结构，因为他后入先出，先入后出，所以特别适合存方法调用，我们可能不递归，但是一定会有方法调用方法的情况，这时也同理。

接下来先不讲深入的、例外的知识，我们就用IDEA简单做个实验——想办法堆栈溢出

## 堆溢出 ##

只要我们JVM，他作为一个应用程序，向OS申请的内存够大，我们OS就能内存爆炸：）  
同样的，只要我们的变量够大，还不让JVM内存回收，JVM就必须腾位置给我们，我们就能让堆爆炸，艺术就是爆炸~ 诶，玩，就是玩

爆炸，也就是溢出，**堆溢出（HeapOverflow）**

之前我们说不要盲目改JVM配置参数，那有哪些配置参数？  
这里我们学两个JVM：Xms Xmx

**Xms** 是指设定JVM堆**启动时**占用内存大小，JVM应用程序，在启动就会直接分配的，是JVM**实打实占用**的内存大小，如果大于电脑内存，会造成内存溢出（存不下就爆炸）

**Xmx** 是指设定程序**运行期间 最大**可占用的内存大小，这只是个上限，有保护OS的意味，如果用不了那么多，实际上OS并不会给JVM分配这么大的内存，因为没必要。  
如果如果程序实际运行需要占用的内存，**超出**了这个设置值，就会抛出OutOfMemory异常。

其实Xms Xmx有全称：`-XX:InitialHeapSize -XX:MaxHeapSize`，但是太长了我们就用简写吧

另外，默认配置一般是，初始Xms=物理内存/64，Xmx=物理内存/4(如服务器内存是32G，即JVM最大内存可为8G)

好了，那既然要实现堆溢出，我们怎么设置JVM配置参数呢？如下：

-Xms10m -Xmx10m -Xlog:gc*

其中`-Xlog:gc*`就是用来打印堆使用情况的，`-XX:+PrintGCDetails`已经废弃了 别用了

好的  
那我们写个这样的代码：

public class HeapOverFlow {
        public static void main(String[] args) {
            List<Object> listObj = new ArrayList<Object>();
            for(int i=1; i<=10; i++){
                // 每次注入1M
                Byte[] bytes = new Byte[1024 * 1024];
                listObj.add(bytes);
                System.out.println("向堆内注入"+i+"M");
            }
            System.out.println("堆被注满了QAQ");
        }
    }

然后他会打印出一大堆我们看不懂的东西，如图  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
这里我们先知道之基本的信息

*  heap回收（GC）的最小单位region是 1M
 *  GC回收使用的算法是G1

好的其他我们先不管，看末尾打印：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
很明显，确实我们实现了**内存溢出（OOM）**，准确的说是堆溢出（java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space）  
我们之前说的应验了  
![在这里插入图片描述][20210615140509311.png]  
另外，在这行也说明了 我们heap大小为 10240K=10M  
![在这里插入图片描述][20210615143902272.png]  
这里的“garbage-first”就是指“G1”

另外，我们注意到其实heap没有被用满就报了**OutOfMemory（OOM）**，为啥？实际上它每次申请内存，如果计算出，申请后已经超限，超Xmx设定的限制，就会报错了 反正分配了内存后也必炸

**问题一**  
我开始预想的是，一个Byte元素占一个Byte（8位 8b），因此每次注入1024\*1024B 也就是1MB 那么我们分配了10MB 按理来说能注入10次，实际上注入一次就发生了OOM，Why？

我认为有以下几个原因：

*  首先就是 实际上Byte数组在内存（或者说堆）的存储结构并非直白的就放在里边，实际的结构会更加复杂，层层封箱（后面会讲）会导致占用的空间比实际要存的数据要**大**。
 *  堆空间不是铁板一块，而是**具有分区**的，新生代分区（young，我们后面会细讲）存储新鲜出炉new出来的对象实例，之后很快被GC，而剩下没被GC的转移到survivor区，后面还会转到old区。。。总之是区与区之间有复制，转移的过程，因此不可能**直接占满整个堆**
 *  G1这个GC算法的设计细节，可能它很有前瞻性 已经算出来即将发生OOM 于是提前终止，省的麻烦OS做真正的内存分配

**问题二**  
这里确实能看到heap宏观的一些信息，但是实际上我们如果想要排错debug，我们还是不知道是哪方面因素导致了OOM，这时**dump文件**派上用场。

## dump visualVM 工具基本使用 ##

我们在之前JVM配置参数的宏的基础上加点东西：

-Xms10m -Xmx10m -Xlog:gc* -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=E:/dumps/

`-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`意思，发生OOM就生成dump文件 这相当于一个触发器  
`-XX:HeapDumpPath=E:/dumps/`设置dump文件放置的位置

dump文件类似一个**快照**，保留事故现场，方便我们时候推测当时的原因。

分析dump文件的工具有很多，我还是喜欢可视化的**visualVM**

咋弄呢？官网先下载，[http://visualvm.github.io/][http_visualvm.github.io]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
然后我们使用IDEA插件与之构建关联  
在setting plugin里边 像vscode一样 在市场marketPlace搜索 安装即可  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
第一次启动会让你配置一下visual VM的位置，实际上你可以专门弄个文件夹放这些工具 比如maven tomcat等，如图  
![在这里插入图片描述][20210615150111639.png]  
然后这里就是刚刚官网下载的文件  
![在这里插入图片描述][20210615150152474.png]  
用这个目录配置即可

然后打开visualVM File->载入Load 我们的生成的dump文件：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
然后生成分析报告 如下  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
Heap那边显示了 当时有多少类classes 有多少对象实例在里边 有多少classloader（我们后边会讲到），还有总大小Size，可以看到实际堆用到的空间

**问题一**  
既然Xms都定死了是10MB为啥这里的Heap Size是127227659B=12.1MB>10MB？  
为什么偏大？这里显示的heap size应该是**实际用到的大小** 我们说理想与现实有差距，你JVM配置的堆大小，只是申请，请求OS来真正执行这个内存分配，但还是可能存在偏差，差了一点可以接受，  
这样也说明了为啥Xms你不能设计，刚刚好为实际内存，否则计算机要不直接内存溢出（因为实际占用内存偏大），要不，可能依靠虚拟内存，当然这会更加消耗CPU，导致运行变慢。

**问题二**  
怎么找到罪魁祸首？、  
其实很简单，我们看下面几个栏目，找百分比最大的那个，一般超过30%就很值得注意了  
比如，在 Size of instances  
![在这里插入图片描述][20210615153641675.png]  
66%接近 这就很明显有问题，

当然另外一个栏目 instance by sizes也同样，这两个其实差不多，一般看前者  
![在这里插入图片描述][2021061515384211.png]  
我们来详细看看classes by size of instances  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
这里有1048576 = 1024\*1024 B 的Byte实例 这与之前我们观察到的，只是注满了**一次**的结果吻合  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
而且这些Byte实例都是NULL 也很符合我们代码，毕竟都是new出来的还没初始化。

到此，我们用visualVM找罪魁祸首的实验算是成功了。

## 后记 ##

下一篇会做栈溢出相关的实验

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE3ODgyOA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221005/ba22a1e2104b4f729b0b0130fc82ffa1.png
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[http_visualvm.github.io]: http://visualvm.github.io/
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