Java内存报错简单分类与分析

首先看下java的内存结构，请看下图

在运行时的内存区域有5个部分，Method Area（方法区）,Java stack（java 虚拟机栈）,Native MethodStack（本地方法栈），Heap(堆)，Program Counter Regster(程序计数器)。从图中看出方法区和堆用黄色标记，和其他三个区域的不同点就是，方法区和堆是线程共享的，所有的运行在jvm上的程序都能访问这两个区域，堆，方法区和虚拟机的生命周期一样，随着虚拟机的启动而存在，而栈和程序计数器是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

Program Counter Regster（程序计数器）：

每一个用户线程对应一个程序计数器，用来指示当前线程所执行字节码的行号。由程序计数器给文字码解释器提供吓一条要执行的字节码的的位置。根据jvm规范，在这个区域中不会抛出OutOfMemoryError的内存异常。

Java stack（java 虚拟机栈）：

这个区域是最容易出现内存异常的区域，每一个线程对应生成一个线程栈，线程每执行一个方法的时候，都会创建一个栈帧，用来存放方法的局部变量表，操作树栈，动态连接，方法入口，这和C#是不一样的，在C#CLR中没有栈帧的概念，都是在线程栈中通过压栈和出栈的方式进行数据的保存。jvm规范对这个区域定义了两种内存异常，OutOfMemoryError，StackOverflowError。

Native MethodStack（本地方法栈）：

和虚拟机栈一样，不同的是处理的对象不一样，虚拟机栈处理java的字节码，而本地栈则是处理的Native方法。其他方面一致。

Heap(堆)：

前面说了堆是所有线程都能访问的，随着虚拟机的启动而存在，这块区域很大，因为所有的线程都在这个区域保存实例化的对象，因为每一个类型中，每个接口实现类需要的内存不一样，一个方法内的多个分支需要的内存也不尽相同，我们只有在运行的时候才能知道要创建多少对象，需要分配多大的地址空间。GC关注的正是这样的部分内容，所以很多时候也将堆称为GC堆。堆中肯定不会抛出StackOverflowError类型的异常，所以只有OutOfMemoryError相关类型的异常。

Method Area（方法区）：

用于存放已被虚拟机加载的类信息，常量，静态方法，即使编译后的代码。同样只能抛出OutOfMemoryError相关类型的异常。

程序：

package test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class T {
	private static byte[] bt = new byte[1024*1024];
	public static void main(String[] args){
		List<Object> list = new ArrayList<Object>();
        while (true) {
        	list.add(bt);
        }
	}
}

报错：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2760)
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2734)
	at java.util.ArrayList.ensureCapacity(ArrayList.java:167)
	at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:351)
	at test.T.main(T.java:8)

分析：

OutOfMemoryError说明是堆中出现的异常，heap space说明由于新建对象无法获得更多的内存而引发。

从实际开发角度来看，多数是因为代码编写BUG导致。当然不排除由于Jvm参数设置不当。

相关参数：

-Xms(堆的最小值)，-Xmx(堆的最大值)

程序：

package test;
public class T {
	public static void main(String[] args){
		Recursion recursion = new Recursion();
        try {
            recursion.recursionself();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("current value :" + recursion.currentValue);
            e.printStackTrace();
        }
	}
}
class Recursion {
    public int currentValue = 0;
    public void recursionself() {
        currentValue += 1;
        recursionself();
    }
}

报错：

current value :11433
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
	at test.Recursion.recursionself(T.java:19)
	at test.Recursion.recursionself(T.java:20)
	at test.Recursion.recursionself(T.java:20)

分析：

栈内存容量设置过小，也可能是代码中线程或方法产生了死循环或者过长的递归调用。

单线程的环境下，无论是由于栈帧太大，还是虚拟机栈容量太小，当内存无法再分配的时候，虚拟机抛出StackOverflowError异常。

相关参数：

-Xss参数 栈内存容量大小

设置Tomcat相关参数后启动Tomcat

报错：

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

分析：

程序加载的类过多时，而没有足够的空间。Web容器容易发生此类错误。

相关参数：

-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize

程序：

package test;
import java.lang.reflect.Field;
import sun.misc.Unsafe;
public class T {
	private static final int _1MB = 1024 * 1024;
	public static void main(String[] args) throws IllegalArgumentException,
			IllegalAccessException {
		Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
		unsafeField.setAccessible(true);
		Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
		while (true) {
			unsafe.allocateMemory(_1MB);
		}
	}
}

报错：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError
	at sun.misc.Unsafe.allocateMemory(Native Method)
	at test.T.main(T.java:12)
或：
java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

分析：

如果你在直接或间接使用了ByteBuffer中的allocateDirect方法的时候，而不做clear的时候就会出现类似的问题。

常规的引用程序IO输出存在一个内核态与用户态的转换过程，也就是对应直接内存与非直接内存，如果常规的应用程序你要将一个文件的内容输出到客户端需要通过OS的直接内存转换拷贝到程序的非直接内存（也就是heap中），然后再输出到直接内存由操作系统发送出去，而直接内存就是由OS和应用程序共同管理的，而非直接内存可以直接由应用程序自己控制的内存，jvm垃圾回收不会回收掉直接内存这部分的内存，所以要注意。

Java虚拟机可以通过参数-XX:MaxDirectMemorySize设定本机直接内存可用大小，MaxDirectMemorySize没显式配置的时候，NIO direct memory可申请的空间的上限就是-Xmx减去一个survivor space的预留大小。

相关参数：

-XX:MaxDirectMemorySize

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