百度面试题:一个线程 OOM 后,其他线程还能运行吗?(上)

简介: 百度面试题:一个线程 OOM 后,其他线程还能运行吗?

由于面试官仅提到OOM,但 Java 的OOM又分很多类型的呀:


  • 堆溢出(“java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space”)
  • 永久代溢出(“java.lang.OutOfMemoryError:Permgen space”)
  • 不能创建线程(“java.lang.OutOfMemoryError:Unable to create new native thread”)
    OOM在《Java虚拟机规范》里,除程序计数器,虚拟机内存的其他几个运行时区域都可能发生OOM,那本文的目的是啥呢?
  • 通过代码验证《Java虚拟机规范》中描述的各个运行时区域储存的内容
  • 在工作中遇到实际的内存溢出异常时,能根据异常的提示信息迅速得知是哪个区域的内存溢出,知道怎样的代码可能会导致这些区域内存溢出,以及出现这些异常后该如何处理。


本文代码均由笔者在基于OpenJDK 8中的HotSpot虚拟机上进行过实际测试。

1 Java堆溢出

Java堆用于储存对象实例,只要不断地创建对象,并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免GC机制清除这些对象,则随对象数量增加,总容量触及最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。


限制Java堆的大小20MB,不可扩展

-XX:+HeapDumpOnOutOf-MemoryError

可以让虚拟机在出现内存溢出异常的时候Dump出当前的内存堆转储快照。

案例1

1.png

  • 报错

image.png

Java堆内存的OOM是实际应用中最常见的内存溢出异常场景。出现Java堆内存溢出时,异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟随进一步提示“Java heap space”。


那既然发生了,如何解决这个内存区域的异常呢

一般先通过内存映像分析工具(如jprofile)对Dump出来的堆转储快照进行分析。

第一步首先确认内存中导致OOM的对象是否是必要的,即先分清楚到底是

  • 内存泄漏(Memory Leak)
  • 还是内存溢出(Memory Overflow)
  • 下图是使用 jprofile打开的堆转储快照文件(java_pid44526.hprof)

image.png

若是内存泄漏,可查看泄漏对象到GC Roots的引用链,找到泄漏对象是通过怎样的引用路径、与哪些GC Roots相关联,才导致垃圾收集器无法回收它们,根据泄漏对象的类型信息以及它到GC Roots引用链的信息,一般可以比较准确地定位到这些对象创建的位置,进而找出产生内存泄漏的代码的具体位置。


若不是内存泄漏,即就是内存中的对象确实都必须存活,则应:


  1. 检查JVM堆参数(-Xmx与-Xms)的设置,与机器内存对比,看是否还有向上调整的空间
  2. 再检查代码是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长、存储结构设计不合理等情况,尽量减少程序运 行期的内存消耗


以上是处理Java堆内存问题的简略思路。

案例 2

JVM启动参数设置:

-Xms5m -Xmx10m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

1.png

image.png

  • JVM堆空间的变化

1.png

堆的使用大小,突然抖动!说明当一个线程抛OOM后,它所占据的内存资源会全部被释放掉,而不会影响其他线程的正常运行!

所以一个线程溢出后,进程里的其他线程还能照常运行。

发生OOM的线程一般情况下会死亡,也就是会被终结掉,该线程持有的对象占用的heap都会被gc了,释放内存。因为发生OOM之前要进行gc,就算其他线程能够正常工作,也会因为频繁gc产生较大的影响。


堆溢出和栈溢出,结论是一样的。

2 虚拟机栈/本地方法栈溢出

由于HotSpot JVM并不区分虚拟机栈和本地方法栈,因此HotSpot的-Xoss参数(设置本地方法栈的大小)虽然存在,但无任何效果,栈容量只能由-Xss参数设定。


关于虚拟机栈和本地方法栈,《Java虚拟机规范》描述如下异常:

  1. 若线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度,将抛出StackOverflowError异常
  2. 若虚拟机的栈内存允许动态扩展,当扩展栈容量无法申请到足够的内存时,将抛出 OutOfMemoryError异常


《Java虚拟机规范》明确允许JVM实现自行选择是否支持栈的动态扩展,而HotSpot虚拟机的选择是不支持扩展,所以除非在创建线程申请内存时就因无法获得足够内存而出现OOM,否则在线程运行时是不会因为扩展而导致内存溢出的,只会因为栈容量无法容纳新的栈帧而导致StackOverflowError。

如何验证呢?

做俩实验,先在单线程操作,尝试下面两种行为是否能让HotSpot OOM:

使用-Xss减少栈内存容量

  • 示例

1.png

  • 结果

image.png

抛StackOverflowError异常,异常出现时输出的堆栈深度相应缩小。


不同版本的Java虚拟机和不同的操作系统,栈容量最小值可能会有所限制,这主要取决于操作系统内存分页大小。譬如上述方法中的参数-Xss160k可以正常用于62位macOS系统下的JDK 8,但若用于64位Windows系统下的JDK 11,则会提示栈容量最小不能低于180K,而在Linux下这个值则可能是228K,如果低于这个最小限制,HotSpot虚拟器启动时会给出如下提示:

The stack size specified is too small, Specify at

定义大量局部变量,增大此方法帧中本地变量表的长度

  • 示例

1.png

  • 结果

image.png

所以无论是由于栈帧太或虚拟机栈容量太小,当新的栈帧内存无法分配时, HotSpot 都抛SOF。可若在允许动态扩展栈容量大小的虚拟机上,相同代码则会导致不同情况。


若测试时不限于单线程,而是不断新建线程,在HotSpot上也会产生OOM。但这样产生OOM和栈空间是否足够不存在直接的关系,主要取决于os本身内存使用状态。甚至说这种情况下,给每个线程的栈分配的内存越大,反而越容易产生OOM。

不难理解,os分配给每个进程的内存有限制,比如32位Windows的单个进程最大内存限制为2G。HotSpot提供参数可以控制Java堆和方法区这两部分的内存的最大值,那剩余的内存即为2G(os限制)减去最大堆容量,再减去最大方法区容量,由于程序计数器消耗内存很小,可忽略,若把直接内存和虚拟机进程本身耗费的内存也去掉,剩下的内存就由虚拟机栈和本地方法栈来分配了。因此为每个线程分配到的栈内存越大,可以建立的线程数量越少,建立线程时就越容易把剩下的内存耗尽:


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