Java (JVM) OutOfMemoryError

Java 堆空间

当涉及到JVM的内存处理时，Java堆空间是最常见的错误之一。这个错误意味着你试图在 JVM 进程的堆上保留太多的数据并且没有足够的内存来创建新的对象，并且垃圾收集器无法收集到足够的垃圾。
一个说明 Java 堆空间问题的示例：

public class JavaHeapSpace {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String[] array = new String[100000 * 100000];
    }
}

该代码创建一个非常大的String对象数组，使用内存大小的默认设置，执行上述代码时会看到以下结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at memory.JavaHeapSpace.main(JavaHeapSpace.java:5)

结果很简单，堆上没有足够的内存来分配数组。

如何修复它： 在某些情况下，为了缓解问题，通过将-Xmx添加到 JVM 应用程序启动设置并将其设置为更大的值来增加最大堆大小就足够了。
例如，要将最大堆大小增加到 8GB，可以将-Xmx8g参数添加到JVM应用程序启动参数中。

一般会在启动JAVA进程的时候，设置JVM参数在遇到OOM时自动导出dump 
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=heap.hprof

1. HeapDumpOnOutOfMemoryError :当JVM发生OOM时，自动生成dump文件 
2. HeapDumpPath : 生成dump文件的路径 | 文件名称

GC 开销限制

GC Overhead Limit 正是它的名字所提示的，Java 虚拟机垃圾收集器无法回收内存的问题。将看到 java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded 如果Java虚拟机将超过98%的时间用于垃圾收集，连续5次垃圾收集并且回收不到2%的堆。

当使用垃圾收集的旧版本（如 Java 8）的旧 Java 版本时，可以通过运行类似于以下的代码轻松模拟 GC Overhead 异常：

public class GCOverhead {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Map<Long, Long> map = new HashMap<>();
        for (long i = 0l; i < Long.MAX_VALUE; i++) {
            map.put(i, i);
        }
    }
}

当运行一个小堆时，比如 25MB，会得到一个这样的异常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
    at java.base/java.lang.Long.valueOf(Long.java:1211)
    at memory.GCOverhead.main(GCOverhead.java:10)

这意味着堆几乎已满，垃圾收集器至少连续进行了 5 次垃圾收集，移除了不到 2% 的已分配对象。

如何修复它： 此类错误的解决方案是，通过将-Xmx添加到JVM应用程序启动设置，并将其设置为比当前使用的更大的值来增加堆。

数组大小限制

可能遇到的错误之一是java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit，它指出尝试保留在内存中的数组大小大于Integer.MAX_INT或者尝试让数组大于堆大小。

如何解决： 如果数组大于堆大小，可以尝试增加堆大小。如果尝试将超过2^31-1个条目放入单个数组中，则需要修改代码以避免这种情况。

线程问题数

当涉及到可以在单个应用程序中运行的线程数时，操作系统会受到限制。当看到java.lang.OutOfMemoryError: unable to create native thread运行代码的JVM抛出错误时，可以确定达到了限制，或者操作系统耗尽了资源来创建新线程。

为了说明创建线程的问题，创建一个连续创建线程并使它们进入睡眠状态的代码：

public class ThreadsLimits {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        while (true) {
            new Thread(
                    new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            try {
                                Thread.sleep(1000 * 60 * 60 * 24);
                            } catch (Exception ex) {}
                        }
                    }
            ).start();
        }
    }
}

运行上面的代码之后，会抛出一个异常：

[0.420s][warning][os,thread] Failed to start thread - pthread_create failed (EAGAIN) for attributes: stacksize: 1024k, guardsize: 4k, detached.
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create native thread: possibly out of memory or process/resource limits reached
    at java.base/java.lang.Thread.start0(Native Method)
    at java.base/java.lang.Thread.start(Thread.java:802)
    at memory.ThreadsLimits.main(ThreadsLimits.java:15)

可以清楚地看到，Java代码已经耗尽了操作系统的限制，无法创建更多线程。

永久代问题

PermGen或永久代是 Java 堆中的一个特殊位置，Java 虚拟机使用它来跟踪所有加载的类元数据、静态方法、对静态对象的引用和原始变量。PermGen已随着 Java 8的发布而被删除，因此在这一点上，可能永远不会遇到它的问题。

PermGen的问题在于其有限的默认大小，在32位JVM版本中为64MB，在64位JVM版本中最大为 82MB。这是有问题的，因为如果应用程序包含大量类、静态方法和对静态对象的引用，很容易遇到PermGen空间太小的问题。

如何修复它： 如果遇到java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space错误，可以通过包含-XX:PermSize和-XX:MaxPermSizeJVM参数来增加PermGen空间的大小。

元空间问题

随着PermGen空间的移除，类元数据现在存在于本机空间中。保存类元数据的空间现在称为Metaspace，是 Java虚拟机堆的一部分。

如何修复它： 当抛出错误时，Java 虚拟机会指示元空间区域的问题。java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace为了缓解这个问题，可以通过将标志添加到Java-XX:MaxMetaspaceSize应用程序的启动参数来增加元空间的大小。
例如，要将 Metaspace 区域大小设置为 128M，添加以下参数：-XX:MaxMetaspaceSize=128m。

没有交换

操作系统使用交换空间作为辅助内存来处理内存管理方案的分页过程。当本机内存（RAM 和交换内存）接近耗尽时，Java 虚拟机可能没有足够的空间来创建新对象。这可能由于各种原因而发生系统过载，其他应用程序可能是大量内存用户并且正在耗尽资源。在这种情况下JVM会抛出java.lang.OutOfMemoryError: Out of swap space错误。

如何修复它： 发生此错误时，检查操作系统交换设置，如果太低，请增加它。同时，需要验证与应用程序在同一台机器上是否有其他大量内存消耗者运行。