JVM 堆、栈概述与常见 OOM 原因及解决方案

不念不忘少年蓝@ 2022-02-22 21:28 378阅读 0赞

**目录**

Java 栈（Stack）

Java 堆（Heap）

堆 (Heap) VS 栈 (Stack)

常见 OOM  原因及解决方案

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本文可以结合《[ Sun JVM 内存管理、GC 工作流程、JVM 参数与调优][Sun JVM _GC _JVM]》、《[JVM 规范与 Sun JVM 实现、运行时数据区域、垃圾分代回收算法][JVM _ Sun JVM]》查看。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]  JVM 整体架构图

# Java 栈（Stack） #

1、Java 栈是与每一个线程关联的，JVM 在创建每一个线程的时候，会分配一定的栈空间给线程，Java Stack 为每个线程独享。

2、Java Stack 主要用来存储线程执行过程中的局部变量，方法的返回值，以及方法调用上下文（对象的引用）， 以帧为单位保存线程的运行状态。

3、栈空间随着线程的终止而释放。

4、StackOverflowError：如果在线程执行的过程中，栈空间不够用，那么 JVM 就会抛出此异常，这种情况一般是死递归造成的。

# Java 堆（Heap） #

1、Java 中堆是由所有的线程共享的一块内存区域，堆用来保存各种 JAVA 对象，比如数组，线程对象等。

2、JVM 堆一般又可以分为以下三部分：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdteDE5OTMzMjg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

这里也可以参考《[ Sun JVM 内存管理、GC 工作流程、JVM 参数与调优][Sun JVM _GC _JVM]》

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>Perm（永久区）</strong></td> 
   <td>1、<span style="color:#f33b45;">Perm 代主要保存 class（类，包括接口等），method（方法），filed（属性） 等元数据</span>，这部分的空间一般不会溢出，除非一次性加载了很多的类，不过在涉及到热部署的应用服务器的时候，有时候会遇到 java.lang.OutOfMemoryError : PermGen space 的错误，造成这个错误的很大原因就有可能是每次都重新部署，但是重新部署后，类的 class 没有被卸载掉，这样就造成了大量的 class 对象保存在了 perm 中，这种情况下，一般重新启动应用服务器可以解决问题。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>Tenured（年老代）</strong></td> 
   <td>1、T<span style="color:#f33b45;">enured 区主要保存生命周期长的对象</span>，一般是一些老的对象，当一些对象在 Young 复制转移一定的次数以后，对象就会被转移到 Tenured 区，一般如果系统中用了 application 级别的缓存，缓存中的对象往往会被转移到这一区间。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>Young（年轻代）</strong></td> 
   <td> <p>1、Young 区被划分为三部分，Eden（伊甸园） 区和两个大小严格相同的 Survivor（幸存者）区，其中 Survivor 区间中，某一时刻只有其中一个是被使用的，另外一个留做垃圾收集时复制对象用。</p> <p>2、在 Young 区间变满的时候，minor GC 就会将存活的对象移到空闲的 Survivor 区间中，根据 JVM 的策略，在经过几次垃圾收集后，任然存活于 Survivor 的对象将被移动到 Tenured 区间。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 堆 (Heap) VS 栈 (Stack) #

1、Java 中用堆来存储对象，一旦堆中的对象被销毁，继续引用这个对象的话，就会出现著名的 NullPointerException。

2、栈没有堆灵活，但是更严格，是安全的，易于管理，因为只要上面的引用没有销毁，下面引用就一定还在，所以，在栈中，上面引用永远可以通过下面引用来查找对象，同时如果确认某一区间的内容会一起存在、一起销毁，也可以上下互相引用。

3、在大部分程序中，都是先定义的变量、引用先进栈，后定义的后进栈，同时，区块内部的变量、引用在进入区块时压栈，区块结束时出栈，理解了这种机制，就可以很方便地理解各种编程语言的作用域的概念了。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>栈：存放变量引用的地方，以及基本数据类型</p> <p>堆：存放实际对象的地方，即数组、线程对象等。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**举例说明**  
int i = 7; 存在栈里边的，内容为 i = 7。

String s = "Hello World!"; 这个是存在另外一块静态代码区。

Apple app = new Apple(); app 引用存在栈里，引用地址对应对象 Apple 在堆里。

# 常见 OOM  原因及解决方案 #

1、当 JVM 内存严重不足时，就会抛出 java.lang.OutOfMemoryError 错误

**一）Java heap space**

1、当堆内存（Heap Space）没有足够空间存放新创建的对象时，就会抛出 `java.lang.OutOfMemoryError:Javaheap space`错误.

2、`Javaheap space` 错误产生的常见原因可以分为以下几类：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1、请求创建一个超大对象，通常是一个大数组。</p> <p>2、超出预期的访问量/数据量，通常是上游系统请求流量飙升，常见于各类促销/秒杀活动，可以结合业务流量指标排查是否有尖状峰值。</p> <p>3、过度使用终结器（Finalizer），该对象没有立即被 GC。</p> <p>4、内存泄漏（Memory Leak），大量对象引用没有释放，JVM 无法对其自动回收，常见于使用了 File 等资源没有回收。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

3、针对大部分情况，通常只需要通过[ \-Xmx 参数调高 ][_-Xmx _]JVM 堆内存空间即可，如果仍然没有解决，可以参考以下情况做进一步处理：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1、如果是超大对象，可以检查其合理性，比如是否一次性查询了数据库全部结果，而没有做结果数限制。</p> <p>2、如果是业务峰值压力，可以考虑添加机器资源，或者做限流降级。</p> <p>3、如果是内存泄漏，需要找到持有的对象，修改代码设计，比如关闭没有释放的连接。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**2）GC overhead limit exceeded**

1、当 Java 进程花费 98% 以上的时间执行 GC，但只恢复了不到 2% 的内存，且该动作连续重复了 5 次，就会抛出 `java.lang.OutOfMemoryError:GC overhead limit exceeded`错误。

2、简单地说，就是应用程序已经基本耗尽了所有可用内存， GC 也无法回收，此类问题的原因与解决方案跟 `Javaheap space` 类似。

**三）Permgen space**

1、该错误表示永久代（Permanent Generation）已用满，通常是因为加载的 class 数目太多或体积太大。

2、永久代存储对象主要包括以下几类：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1、加载/缓存到内存中的 class 定义，包括类的名称，字段，方法和字节码；</p> <p>2、常量池；</p> <p>3、对象数组/类型数组所关联的 class；</p> <p>4、JIT 编译器优化后的 class 信息。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

3、PermGen 的使用量与加载到内存的 class 的数量/大小正相关。

4、根据 Permgen space 报错的时机，可以采用不同的解决方案，如下所示：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1、程序启动报错，修改 <a href="https://wangmaoxiong.blog.csdn.net/article/details/88934706#Sun%20JVM%20%E8%B0%83%E4%BC%98" rel="nofollow">-XX:MaxPermSize 启动参数</a>，调大永久代空间。</p> <p>2、应用重新部署时报错，很可能是应用没有重启，导致加载了多份 class 信息，只需重启 JVM 即可解决。</p> <p>3、运行时报错，应用程序可能会动态创建大量 class，而这些 class 的生命周期很短暂，但是 JVM 默认不会卸载 class，可以设置 <code>-XX:+CMSClassUnloadingEnabled</code> 和 <code>-XX:+UseConcMarkSweepGC</code> 这两个参数允许 JVM 卸载 class。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**四）Metaspace**

1、JDK 1.8 使用 Metaspace 替换了永久代（Permanent Generation），该错误表示 Metaspace 已被用满，通常是因为加载的 class 数目太多或体积太大。

2、此类问题的原因与解决方法跟 `Permgenspace` 非常类似，可以参考上文。需要特别注意的是调整 Metaspace 空间大小的启动参数为 `-XX:MaxMetaspaceSize`。

[Sun JVM _GC _JVM]: https://blog.csdn.net/wangmx1993328/article/details/88934706
[JVM _ Sun JVM]: https://blog.csdn.net/wangmx1993328/article/details/88925921
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[_-Xmx _]: https://wangmaoxiong.blog.csdn.net/article/details/88934706#Sun%20JVM%20%E8%B0%83%E4%BC%98