深入解析Java堆分析

灰太狼 2021-07-24 14:52 410阅读 0赞

## 内存溢出（OOM）的原因 ##

我们常见的OOM（OutOfMemoryError）发生的原因不只是堆内存溢出，堆内存溢出只是OOM其中一种情况，OOM还可能发生在元空间、线程栈、直接内存。

下面演示在各个区发生OOM的情况：

## 堆OOM ##

public static void main(String[] args)
        {
            List<Byte[]> list=new ArrayList<Byte[]>();
            for(int i=0;i<100;i++){
                //构造1M大小的byte数值
                Byte[] bytes=new Byte[1024*1024];
                //将byte数组添加到list列表中，因为存在引用关系所以bytes数组不会被GC回收
                list.add(bytes);
            }
        }

以上程序设置最大堆内存50M，执行：

![在这里插入图片描述][20201217141839793.png]  
![在这里插入图片描述][20201217141901474.png]

显然程序通过循环将占用100M的堆空间，超过了设置的50M，所以发生了堆内存的OOM。

针对这种OOM，解决办法是增加堆内存空间，在实际开发中必要的时候去掉引用关系，使垃圾回收器尽快对无用对象进行回收。

## 元空间OOM ##

public static void main(String[] args) throws Exception
        {
            for(int i=0;i<1000;i++){
                //动态创建类
                Map<Object,Object> propertyMap = new HashMap<Object, Object>();  
                propertyMap.put("id", Class.forName("java.lang.Integer"));    
                CglibBean bean=new CglibBean(propertyMap);
                //给 Bean 设置值    
                bean.setValue("id", new Random().nextInt(100));  
                //打印 Bean的属性id
                System.out.println("id=" + bean.getValue("id"));    
            }
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以上代码通过Cglib动态创建class，设置元数据区大小为4M：![在这里插入图片描述][20201217142002864.png]  
由于代码循环创建class，大量的class元数据，存放在元数据区超过了设置的4M空间，因此报元数据区OOM：  
![在这里插入图片描述][20201217142018839.png]  
解决该OOM的办法是增大MaxMetaspaceSize参数值，或者干脆不设置该参数，在默认情况元空间可使用的内存会受到本地内存的限制。

## 栈OOM ##

当创建新的线程时JVM会给每个线程分配栈内存，当创建线程过多，占用的内存也就越多，这种情况下有可能发生OOM:

public static void main(String[] args) throws Exception {
            //循环创建线程
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                new Thread(new Runnable() {
                        public void run() {
                            try {
                                //线程sleep时间足够长，保证线程不销毁
                                Thread.sleep(200000000);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }).start();
                System.out.println("created " + i + "threads");
            }
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![在这里插入图片描述][20201217142049755.png]  
很明显解决此OOM的办法是减小线程数。

## 直接内存OOM ##

public static void main(String[] args) throws Exception {
            
            for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
                //申请堆外内存，这个内存是本地的直接内存，并非java堆内存
                ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*1024);
                System.out.println("created "+i+" byteBuffer");
            }
        }

ByteBuffer的allocateDirect方法可以申请直接内存，当申请的内存超过的本地可用内存时，会报OOM：  
![在这里插入图片描述][20201217142123428.png]  
解决该OOM的办法是适当使用堆外内存，如有必要可显式执行垃圾回收。（即在代码中执行System.gc();）

## MAT工具使用 ##

当java应用出现故障时，我们可能需要使用MAT分析问题，找出问题出现的原因，下面通过一个案例介绍MAT的使用方法：

准备：

我们事先从程序运行环境上使用jmap工具或者jvisualvm导出一个堆快照文件出来。

## 使用MAT工具打开： ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
我们发现占用内存最大的对象是AppClassLoader，我们知道AppClassLoader是用来加载应用的类，因此我们进一步查看它引用的对象。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
下图显示了AppClassLoader引用的对象空间使用情况，“Shallow Heap”表示浅堆的大小，浅堆就是类自身所占用的空间大小，也就是类本身元数据的大小。“Retained Heap”表示深堆的大小，深堆表示该类以及它引用的其他类所占用空间的总和，也表示该类被垃圾回收后，所能够释放的空间大小。（如果该类被回收了，他引用的对象会变成不可达对象因此也会被回收）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
我们随藤摸瓜，继续查看深堆占用最大的对象。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
从上图可以看出造成深堆比较大的原因是程序当中包含了一个ArrayList，他里面包含有大量的String对象，并且每个String对象有80216字节大小。

因此针对这个堆的分析基本清楚了，因为程序中包括大量的String对象，而他们又在ArrayList当中，引用关系一直存在，因此无法被垃圾回收，造成OOM。

## MAT其他功能说明 ##

除了上述我们使用到的MAT功能外，还有一些功能也是经常用到的。

Histogram：显示每个类使用情况以及占用空间大小。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

上图可以看到char\[\]类，有1026个对象，占用5967480字节的空间，通过上面的分析得出结论是String对象占用了大部分的空间，而Stirng对象内部存放字符使用char\[\]来存放的，所以这里显示char\[\]的浅堆大小为5967480字节也是可以理解的。

Thread\_overview：显示线程相关的信息。  
![在这里插入图片描述][20201217142315805.png]  
OQL：通过类似SQL语句的表达式查询对象信息。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
上图通过OQL语句查询字符串中匹配123的String对象。

## 结语 ##

本文首先介绍了java程序中出现OOM的几种情况，然后通过简单的案例介绍了MAT的基本用法。  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

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[20201217142018839.png]: /images/20210724/ac51731c41c84cf39289a1db14d12305.png
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