JAVA內(nèi)存問(wèn)題及定位方法總結(jié)

為了加深自己理解及方便日后復(fù)習(xí)，將學(xué)到的一些Java內(nèi)存相關(guān)知識(shí)總結(jié)一下，如有錯(cuò)誤，歡迎大家指正

1.JAVA內(nèi)存基礎(chǔ)

1.1 Linux與進(jìn)程內(nèi)存模型

硬件層面

從硬件層面上看，Linux系統(tǒng)的內(nèi)存空間由兩部分構(gòu)成：物理內(nèi)存和磁盤(pán)SWAP分區(qū)。物理內(nèi)存是Linu使用的主要內(nèi)存區(qū)域，當(dāng)物理內(nèi)存不足時(shí)，Linux會(huì)把一部分相對(duì)冷內(nèi)存數(shù)據(jù)放到磁盤(pán)的SWAP分區(qū)，以便騰出更多的可用內(nèi)存空間；而當(dāng)命中數(shù)據(jù)處于SWAP分區(qū)中時(shí)，就會(huì)將其置換回物理內(nèi)存中

系統(tǒng)層面

從Linux系統(tǒng)層面上看，除了引導(dǎo)系統(tǒng)的BIN區(qū)，整個(gè)內(nèi)存空間被分為兩個(gè)部分：內(nèi)核態(tài)內(nèi)存（Kernel Space）、用戶(hù)態(tài)內(nèi)存(User Space)。內(nèi)核內(nèi)存是Linux自身使用的內(nèi)存空間，主要提供給程序調(diào)度、內(nèi)存分配、硬件資源驅(qū)動(dòng)等程序邏輯使用。用戶(hù)態(tài)內(nèi)存是提供給各進(jìn)程的主要內(nèi)存空間，Linux使用虛擬內(nèi)存技術(shù)給各個(gè)進(jìn)程提供相同的虛擬內(nèi)存空間，這機(jī)制確保進(jìn)程之間相互獨(dú)立、互不干擾。

進(jìn)程層面

從進(jìn)程的角度，進(jìn)程能直接訪問(wèn)的用戶(hù)態(tài)內(nèi)存（虛擬內(nèi)存空間）被劃分為5個(gè)部分

代碼區(qū):存放了應(yīng)用程序的機(jī)器代碼，運(yùn)行過(guò)程中代碼不能被修改，具有只讀和固定大小的特點(diǎn)。

數(shù)據(jù)區(qū):存放應(yīng)用程序中的全局?jǐn)?shù)據(jù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)和常量字符串等，其大小也是固定的。

堆區(qū):運(yùn)行時(shí)程序動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的空間，程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)申請(qǐng)、釋放的內(nèi)存資源。

未使用區(qū):分配新內(nèi)存空間的預(yù)備區(qū)域。

棧區(qū):存放函數(shù)的傳入?yún)?shù)、臨時(shí)變量、返回地址等數(shù)據(jù)。

1.2 Java8 JVM內(nèi)存模型

內(nèi)存模型大致可以分為五個(gè)部分

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，是線程私有的區(qū)域，各條線程之間的計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)。在虛擬機(jī)概念模型里，字節(jié)碼解釋器通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)執(zhí)行不同的字節(jié)碼指令，分支、跳轉(zhuǎn)、循環(huán)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)操作都會(huì)依賴(lài)這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成。

虛擬機(jī)棧（VM Stack）

JVM棧是線程私有的內(nèi)存區(qū)域。它描述的是java方法的內(nèi)存，每個(gè)方法執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)棧幀從入棧到出棧就代表著一個(gè)方法從調(diào)用到返回的過(guò)程。

本地方法棧（Native Method Stack）

本地方法棧與虛擬機(jī)棧類(lèi)似，不同的是其為Native方法服務(wù)，而虛擬機(jī)棧為java方法服務(wù)。是規(guī)范中指明的概念，但是實(shí)現(xiàn)并無(wú)規(guī)定，如HotSpot直接將本地方法棧和虛擬機(jī)棧合并實(shí)現(xiàn)。

堆（Heap）

堆區(qū)是用來(lái)分配實(shí)例對(duì)象的空間，各個(gè)線程共享使用，由垃圾收集器自動(dòng)回收管理。

元空間（MetaSpace）

用來(lái)存放類(lèi)的元數(shù)據(jù)，也就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息，如類(lèi)常量，字符串常量，類(lèi)定義等數(shù)據(jù)。java8之前，是由永久代進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.JAVA OOM常見(jiàn)場(chǎng)景

2.1 內(nèi)存溢出

2.1.1 堆內(nèi)存溢出

問(wèn)題現(xiàn)象為，創(chuàng)建對(duì)象失敗，提示異常為java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space

其導(dǎo)致原因?yàn)?/p>

代碼BUG，使用的靜態(tài)容器類(lèi)（List等）沒(méi)有及時(shí)清除對(duì)象

讀入數(shù)據(jù)過(guò)大，比如在讀取數(shù)據(jù)庫(kù)表時(shí)，一次性撈出全部數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)積壓，在生產(chǎn)者消費(fèi)者模型中，生產(chǎn)很快，消費(fèi)很慢，數(shù)據(jù)來(lái)不及處理，隊(duì)列又沒(méi)有限制，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致內(nèi)存溢出

解決方法為

確保代碼沒(méi)BUG時(shí)，通過(guò)壓測(cè)調(diào)整-Xms參數(shù)，-Xmx參數(shù)

大量數(shù)據(jù)如大文件加載，大批量數(shù)據(jù)查詢(xún)時(shí)分批處理

隊(duì)列添加限制，提高執(zhí)行效率，加速垃圾回收，避免并發(fā)高時(shí)無(wú)足夠內(nèi)存空間

import java.util.ArrayList; import java.util.List; /** * 堆內(nèi)存溢出 * —Xmx10M * * @since 2022-04-15 */ public class HeapOom { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList<>(); int count = 1; while (true) { list.add(new byte[1024 * 1024]); count++; } } }

2.1.2 MetaSpace內(nèi)存溢出

問(wèn)題現(xiàn)象為 程序運(yùn)行時(shí)報(bào)java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace

該問(wèn)題原因?yàn)?/p>

應(yīng)用代碼過(guò)多

引用三方庫(kù)多

動(dòng)態(tài)生成加載類(lèi)

解決方法為

調(diào)整-XX:MaxMetaSpaceSize參數(shù)

不需要的三方庫(kù)及時(shí)刪除

動(dòng)態(tài)生成類(lèi)時(shí)做好壓力測(cè)試

import java.util.ArrayList; import java.util.List; import javassist.CannotCompileException; import javassist.ClassPool; /** * 元數(shù)據(jù)溢出 * -XX:MaxMetaspaceSize=10m -XX:-UseCompressedClassPointers * * @since 2022-04-15 */ public class MetaspaceOom { public static ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); public static void main(String[] args) throws CannotCompileException { List