程序内存溢出问题分析

IT那活儿 2022-04-22

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场景来源

客户现场有一套重要的业务系统，供业务同事进行使用，但是每连续运行10天都会出现问题，会造成程序慢响应，无响应情况，严重影响消费者、使用者的使用体验，经常得到业务同事反馈，所以配合研发对该问题进行查询。

该系统硬件服务器性能足够，但每个重启周期内内存都是缓慢上升，观察JVM使用率、系统内存使用率等均是持续上升，未发现有主动进行内存回收，初步怀疑为内存泄漏导致。

初识JVM虚拟机

Java语言是一种计算机编程语言，拥有跨平台，面向对象，泛型编程的特性，广泛应用于企业级Web应用的开发和移动应用的开发。

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。

Java程序是如何实现跨平台运行的呢？

主要就是通过JVM虚拟机来运行的。

JVM虚拟机的结构

Java虚拟机主要分为五大模块：

类装载器子系统
运行时数据区
执行引擎
本地方法接口
垃圾收集模块

其中垃圾收集模块在Java虚拟机规范中并没有要求Java虚拟机垃圾收集，但是在没有发明无限的内存之前，大多数JVM实现都是有垃圾收集的。而运行时数据区都会以某种形式存在于每一个JAVA虚拟机实例中，但是Java虚拟机规范对它的描述却是相当抽象。

这些运行时数据结构上的细节，大多数都由具体实现的设计者决定。

当我们程序运行后会申请内存空间，其中java栈本地方法栈，程序计算器是JVM虚拟机自动管理的，我们可以管理的区域是堆区和方法区，经常说的java内存调优调的就是这两个区域。

常见的内存溢出

现象一：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

该报错为堆溢出，这种场景最为常见，主要原因可能有：

代码中可能存在大对象分配。
可能存在内存泄露，导致在多次GC之后，还是无法找到一块足够大的内存容纳当前对象。

解决方法：

检查是否存在大对象的分配，最有可能的是大数组分配。
如果没有找到明显的内存泄露，可以临时 -Xmx 加大堆内存。
还有一点容易被忽略，检查是否有大量的自定义的 Finalizable 对象，也有可能是框架内部提供的，考虑其存在的必要性。

现象二：

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen spacejava.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

永久代是 HotSot 虚拟机对方法区的具体实现，存放了被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、JIT编译后的代码等。

JDK8后，元空间替换了永久代，元空间使用的是本地内存。该报错为永久代/元空间溢出，可能原因有如下几种：

在Java7之前，频繁的错误使用String.intern()方法。
运行期间生成了大量的代理类，导致方法区被撑爆，无法卸载。
应用长时间运行，没有重启。

解决方法：

检查是否永久代空间或者元空间设置的过小。
检查代码中是否存在大量的反射操作。
dump之后通过mat检查是否存在大量由于反射生成的代理类。

现象三：

java.lang.OutOfMemoryError：GC overhead limit exceeded

这是JDK6新加的错误类型，一般都是堆太小导致的。

Sun 官方对此的定义：超过98%的时间用来做GC并且回收了不到2%的堆内存时会抛出此异常。

解决方法：

检查项目中是否有大量的死循环或有使用大内存的代码，优化代码。
添加参数 -XX:-UseGCOverheadLimit 禁用这个检查，其实这个参数解决不了内存问题，只是把错误的信息延后，最终出现 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space。

现象四：

java.lang.OutOfMemoryError : unable to create new native Thread

出现这种异常，基本上都是创建的了大量的线程导致的，以前碰到过一次，通过jstack出来一共8000多个线程。

解决方法：

通过 -Xss 降低的每个线程栈大小的容量。
线程总数也受到系统空闲内存和操作系统的限制，检查是否该系统下有此限制：

/proc/sys/kernel/pid_max    /proc/sys/kernel/thread-max    maxuserprocess（ulimit -u）    /proc/sys/vm/maxmapcount

现象五：

java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

这种情况一般是由于不合理的数组分配请求导致的，在为数组分配内存之前，JVM 会执行一项检查。要分配的数组在该平台是否可以寻址(addressable)，如果不能寻址(addressable)就会抛出这个错误。

解决方法：

检查你的代码中是否有创建超大数组的地方。

现象六：

java.lang.OutOfMemoryError: Out of swap space

这种情况一般是操作系统导致的，可能的原因有：

swap 分区大小分配不足。
其他进程消耗了所有的内存。

解决方案：

其它服务进程可以选择性的拆分出去。
加大swap分区大小，或者加大机器内存大小。

紧急处理方法

程序挂掉运维层面可以从系统message日志中查看是否有OOM杀掉进程报错；如果有第一现场，在条件允许的情况下，可以dump内存使用情况，通过工具分析可以更直观的了解内存具体使用到了那些地方。

当然，如果能确认为内存溢出情况，万能重启大法可以先临时解决供业务恢复，等代码修复上线后再从根本上修复问题。

本文作者：臧二飞

本文来源：IT那活儿（上海新炬王翦团队）

数据库

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程序内存溢出问题分析

本文作者：臧二飞

本文来源：IT那活儿（上海新炬王翦团队）

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