內存溢出的分析

內存溢出是指應用系統中存在無法回收的內存或使用的內存過多，最終使得程序運行要用到的內存大於虛擬機能提供的最大內存。爲了解決Java中內存溢出問題，我們首先必須瞭解Java是如何管理內存的。Java的內存管理就是對象的分配和釋放問題。在Java中，內存的分配是由程序完成的，而內存的釋放是由垃圾收集器(GarbageCollection，GC)完成的，程序員不需要通過調用GC函數來釋放內存，因爲不同的JVM實現者可能使用不同的算法管理GC，有的是內存使用到達一定程度時，GC纔開始工作，也有定時執行的，有的是中斷式執行GC。但GC只能回收無用並且不再被其它對象引用的那些對象所佔用的空間。Java的內存垃圾回收機制是從程序的主要運行對象開始檢查引用鏈，當遍歷一遍後發現沒有被引用的孤立對象就作爲垃圾回收。 　　引起內存溢出的原因有很多種，常見的有以下幾種： 　　 內存中加載的數據量過於龐大，如一次從數據庫取出過多數據； 　　 集合類中有對對象的引用，使用完後未清空，使得JVM不能回收； 　　 代碼中存在死循環或循環產生過多重複的對象實體； 　　 使用的第三方軟件中的BUG； 　　 啓動參數內存值設定的過小；


JVM管理兩種類型的內存，堆和非堆。堆是給開發人員用的上面說的就是，是在JVM啓動時創建；非堆是留給JVM自己用的，用來存放類的信息的。它和堆不同，運行期內GC不會釋放空間。 一、內存溢出類型
1、java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
JVM管理兩種類型的內存，堆和非堆。堆是給開發人員用的上面說的就是，是在JVM啓動時創建;非堆是留給JVM自己用的，用來存放類的信息的。它和堆不同，運行期內GC不會釋放空間。如果web app用了大量的第三方jar或者應用有太多的class文件而恰好MaxPermSize設置較小，超出了也會導致這塊內存的佔用過多造成溢出，或者tomcat熱部署時侯不會清理前面加載的環境，只會將context更改爲新部署的，非堆存的內容就會越來越多。
PermGen space的全稱是Permanent Generation space,是指內存的永久保存區域，這塊內存主要是被JVM存放Class和Meta信息的,Class在被Loader時就會被放到PermGen space中，它和存放類實例(Instance)的Heap區域不同,GC(Garbage Collection)不會在主程序運行期對PermGen space進行清理，所以如果你的應用中有很CLASS的話,就很可能出現PermGen space錯誤，這種錯誤常見在web服務器對JSP進行pre compile的時候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar, 其大小超過了jvm默認的大小(4M)那麼就會產生此錯誤信息了。
一個最佳的配置例子：(經過本人驗證，自從用此配置之後，再未出現過tomcat死掉的情況)
set JAVA_OPTS=-Xms800m -Xmx800m -XX:PermSize=128M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m
2、java.lang.OutOfMemoryError: Javaheap space
第一種情況是個補充，主要存在問題就是出現在這個情況中。其默認空間(即-Xms)是物理內存的1/64，最大空間(-Xmx)是物理內存的1/4。如果內存剩餘不到40%，JVM就會增大堆到Xmx設置的值，內存剩餘超過70%，JVM就會減小堆到Xms設置的值。所以服務器的Xmx和Xms設置一般應該設置相同避免每次GC後都要調整虛擬機堆的大小。假設物理內存無限大，那麼JVM內存的最大值跟操作系統有關，一般32位機是1.5g到3g之間，而64位的就不會有限制了。
注意：如果Xms超過了Xmx值，或者堆最大值和非堆最大值的總和超過了物理內存或者操作系統的最大限制都會引起服務器啓動不起來。
垃圾回收GC的角色
JVM調用GC的頻度還是很高的，主要兩種情況下進行垃圾回收：
當應用程序線程空閒;另一個是java內存堆不足時，會不斷調用GC，若連續回收都解決不了內存堆不足的問題時，就會報out of memory錯誤。因爲這個異常根據系統運行環境決定，所以無法預期它何時出現。
根據GC的機制，程序的運行會引起系統運行環境的變化，增加GC的觸發機會。
爲了避免這些問題，程序的設計和編寫就應避免垃圾對象的內存佔用和GC的開銷。顯示調用System.GC()只能建議JVM需要在內存中對垃圾對象進行回收，但不是必須馬上回收，
一個是並不能解決內存資源耗空的局面，另外也會增加GC的消耗。
二、JVM內存區域組成
簡單的說java中的堆和棧
java把內存分兩種：一種是棧內存，另一種是堆內存
1、在函數中定義的基本類型變量和對象的引用變量都在函數的棧內存中分配;
2、堆內存用來存放由new創建的對象和數組
在函數(代碼塊)中定義一個變量時，java就在棧中爲這個變量分配內存空間，當超過變量的作用域後，java會自動釋放掉爲該變量所分配的內存空間;在堆中分配的內存由java虛擬機的自動垃圾回收器來管理
堆的優勢是可以動態分配內存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，因爲它是在運行時動態分配內存的。缺點就是要在運行時動態分配內存，存取速度較慢;
棧的優勢是存取速度比堆要快，缺點是存在棧中的數據大小與生存期必須是確定的無靈活性。
java堆分爲三個區：New、Old和Permanent
GC有兩個線程：
新創建的對象被分配到New區，當該區被填滿時會被GC輔助線程移到Old區，當Old區也填滿了會觸發GC主線程遍歷堆內存裏的所有對象。Old區的大小等於Xmx減去-Xmn
java棧存放
棧調整：參數有+UseDefaultStackSize -Xss256K，表示每個線程可申請256k的棧空間
每個線程都有他自己的Stack
三、JVM如何設置虛擬內存
提示：在JVM中如果98%的時間是用於GC且可用的Heap size 不足2%的時候將拋出此異常信息。
提示：Heap Size 最大不要超過可用物理內存的80%，一般的要將-Xms和-Xmx選項設置爲相同，而-Xmn爲1/4的-Xmx值。
提示：JVM初始分配的內存由-Xms指定，默認是物理內存的1/64;JVM最大分配的內存由-Xmx指定，默認是物理內存的1/4。
默認空餘堆內存小於40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制;空餘堆內存大於70%時，JVM會減少堆直到-Xms的最小限制。因此服務器一般設置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 後調整堆的大小。
提示：假設物理內存無限大的話，JVM內存的最大值跟操作系統有很大的關係。
簡單的說就32位處理器雖然可控內存空間有4GB,但是具體的操作系統會給一個限制，
這個限制一般是2GB-3GB(一般來說Windows系統下爲1.5G-2G，Linux系統下爲2G-3G)，而64bit以上的處理器就不會有限制了
提示：注意：如果Xms超過了Xmx值，或者堆最大值和非堆最大值的總和超過了物理內存或者操作系統的最大限制都會引起服務器啓動不起來。
提示：設置NewSize、MaxNewSize相等，"new"的大小最好不要大於"old"的一半，原因是old區如果不夠大會頻繁的觸發"主" GC ，大大降低了性能
JVM使用-XX:PermSize設置非堆內存初始值，默認是物理內存的1/64;
由XX:MaxPermSize設置最大非堆內存的大小，默認是物理內存的1/4。
解決方法：手動設置Heap size
修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat
在“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
JAVA_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m"
四、性能檢查工具使用
定位內存泄漏：
JProfiler工具主要用於檢查和跟蹤系統(限於Java開發的)的性能。JProfiler可以通過時時的監控系統的內存使用情況，隨時監視垃圾回收，線程運行狀況等手段，從而很好的監視JVM運行情況及其性能。
1. 應用服務器內存長期不合理佔用，內存經常處於高位佔用，很難回收到低位;
一、常見的Java內存溢出有以下三種：

1. java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space ----JVM Heap（堆）溢出

JVM在啓動的時候會自動設置JVM Heap的值，其初始空間(即-Xms)是物理內存的1/64，最大空間(-Xmx)不可超過物理內存。

可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項可進行設置。Heap的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。

在JVM中如果98％的時間是用於GC，且可用的Heap size 不足2％的時候將拋出此異常信息。

解決方法：手動設置JVM Heap（堆）的大小。



2. java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space ---- PermGen space溢出。
PermGen space的全稱是Permanent Generation space，是指內存的永久保存區域。

爲什麼會內存溢出，這是由於這塊內存主要是被JVM存放Class和Meta信 息的，Class在被Load的時候被放入PermGen space區域，它和存放Instance的Heap區域不同,sun的 GC不會在主程序運行期對PermGen space進行清理，所以如果你的APP會載入很多CLASS的話，就很可能出現PermGen space溢出。

解決方法： 手動設置MaxPermSize大小



3. java.lang.StackOverflowError ---- 棧溢出
棧溢出了，JVM依然是採用棧式的虛擬機，這個和C和Pascal都是一樣的。函數的調用過程都體現在堆棧和退棧上了。
調用構造函數的 “層”太多了，以致於把棧區溢出了。
通常來講，一般棧區遠遠小於堆區的，因爲函數調用過程往往不會多於上千層，而即便每個函數調用需要 1K的空間(這個大約相當於在一個C函數內聲明瞭256個int類型的變量)，那麼棧區也不過是需要1MB的空間。通常棧的大小是1－2MB的。
通常遞歸也不要遞歸的層次過多，很容易溢出。

解決方法：修改程序。





二、解決方法



在生產環境中tomcat內存設置不好很容易出現jvm內存溢出。



1、 linux下的tomcat：

修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh
在“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行：
JAVA_OPTS="-server -Xms256m -Xmx512m -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m"



2、 如果tomcat 5 註冊成了windows服務，以services方式啓動的，則需要修改註冊表中的相應鍵值。

修改註冊表HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Apache Software Foundation\Tomcat Service Manager\Tomcat5\Parameters\Java，右側的Options
原值爲
-Dcatalina.home="C:\ApacheGroup\Tomcat 5.0"
-Djava.endorsed.dirs="C:\ApacheGroup\Tomcat 5.0\common\endorsed"
-Xrs
加入 -Xms256m -Xmx512m
重起tomcat服務,設置生效



3、 如果tomcat 6 註冊成了windows服務，或者windows2003下用tomcat的安裝版，

在/bin/tomcat6w.exe裏修改就可以了 。



4、 如果要在myeclipse中啓動tomcat，上述的修改就不起作用了，可如下設置：

Myeclipse->preferences->myeclipse->servers->tomcat->tomcat×.×->JDK面板中的

Optional Java VM arguments中添加：-Xms256m -Xmx512m -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m



三、jvm參數說明：



-server:一定要作爲第一個參數，在多個CPU時性能佳
-Xms：java Heap初始大小。 默認是物理內存的1/64。
-Xmx：java heap最大值。建議均設爲物理內存的一半。不可超過物理內存。

-XX:PermSize:設定內存的永久保存區初始大小，缺省值爲64M。（我用visualvm.exe查看的）

-XX:MaxPermSize:設定內存的永久保存區最大 大小，缺省值爲64M。（我用visualvm.exe查看的）

-XX:SurvivorRatio=2 :生還者池的大小,默認是2，如果垃圾回收變成了瓶頸，您可以嘗試定製生成池設置

-XX:NewSize: 新生成的池的初始大小。 缺省值爲2M。

-XX:MaxNewSize: 新生成的池的最大大小。 缺省值爲32M。

如果 JVM 的堆大小大於 1GB，則應該使用值：-XX:newSize=640m -XX:MaxNewSize=640m -XX:SurvivorRatio=16，或者將堆的總大小的 50% 到 60% 分配給新生成的池。調大新對象區，減少Full GC次數。




+XX:AggressiveHeap 會使得 Xms沒有意義。這個參數讓jvm忽略Xmx參數,瘋狂地喫完一個G物理內存,再吃盡一個G的swap。
-Xss：每個線程的Stack大小，“-Xss 15120” 這使得JBoss每增加一個線程（thread)就會立即消耗15M內存，而最佳值應該是128K,默認值好像是512k.

-verbose:gc 現實垃圾收集信息
-Xloggc:gc.log 指定垃圾收集日誌文件
-Xmn：young generation的heap大小，一般設置爲Xmx的3、4分之一
-XX:+UseParNewGC ：縮短minor收集的時間
-XX:+UseConcMarkSweepGC ：縮短major收集的時間 此選項在Heap Size 比較大而且Major收集時間較長的情況下使用更合適。

-XX:userParNewGC 可用來設置並行收集【多CPU】
-XX:ParallelGCThreads 可用來增加並行度【多CPU】
-XX:UseParallelGC 設置後可以使用並行清除收集器【多CPU】