Key TakeAways
- StackOverflowError: 调用栈过深，导致线程栈占用大小超过
-Xss（或者是-XX:ThreadStackSize）的限制 - OutOfMemoryError: Java heap space：堆内存不够用，无法分配更多内存，就会抛出这个异常。
- OutOfMemoryError: unable to create native thread：这个在创建太多的线程，超过系统配置的极限。如Linux默认允许单个进程可以创建的线程数是1024个。
- OutOfMemoryError: GC Overhead limit exceeded：默认情况下，并不是等堆内存耗尽，才会报 OutOfMemoryError，而是如果 JVM 觉得 GC 效率不高，也会报这个错误。
- OutOfMemoryError: direct memory：这个是向系统申请直接内存时，如果系统可用内存不足，就会抛出这个异常
- OutOfMemoryError: map failed：这个是 File MMAP（文件映射内存）时，如果系统内存不足，就会抛出这个异常
- OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit：当申请的数组大小超过堆内存限制，就会抛出这个异常。
- OutOfMemoryError: Metaspace：Metadata 占用空间超限
- OutOfMemoryError: Compressed class space：class space 内存溢出导致的
- OutOfMemoryError: reason stack_trace_with_native_method：这个发生在 JNI 调用中，内存不足
本文基于 Java 15
StackOverflowError 与 OutOfMemoryError 是两个老生常谈的 Java 错误。Java 中的虚拟机错误 VirtualMachineError 包括以下四种：
我们比较关心的就是 StackOverflowError 与 OutOfMemoryError，剩下的 InternalError 一般是内部使用错误，UnknownError 是虚拟机发生未知异常，这两种我们这里不讨论。
虚拟机规范中的 StackOverflowError 与 OutOfMemoryError
参考 Java 虚拟机规范官方文档：Run-Time Data Areas，可以知道，在如下情况下，会抛出这两种错误：
- 当某次线程运行计算时，需要占用的 Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）大小，也就是 Java 线程栈大小，超过规定大小时，抛出 StackOverflowError
- 如果 Java 虚拟机栈大小可以动态扩容，发生扩容时发现内存不足，或者新建Java 虚拟机栈时发现内存不足，抛出 OutOfMemoryError
- 当所需要的堆（heap）内存大小不足时，抛出 OutOfMemoryError
- 当方法区（Method Area）大小不够分配时，抛出 OutOfMemoryError
- 当创建一个类或者接口时，运行时常量区剩余大小不够时，抛出 OutOfMemoryError
- 本地方法栈（Native Method Stack）大小不足时，抛出 StackOverflowError
- 本地方法栈（Native Method Stack）扩容时发现内存不足，或者新建本地方法栈发现内存不足，抛出 OutOfMemoryError
Hotspot JVM 的实现
为了进一步搞清楚 StackOverflowError 与 OutOfMemoryError，我们来看具体实现。一般的 JVM 采用的都是官网的 HotSpot JVM，我们这里就用 Hotspot JVM 的实现来说明。
JVM 内存包括什么
我们一般通过两个工具 pmap 还有 jcmd 中的 VM.native_memory 命令去查看 Java 进程内存占用，由于 pmap 命令有点复杂而且很多内存映射是 anon 的，这里采用 jcmd 中的 VM.native_memory 命令，去看一下 JVM 内存的每一部分。需要指出的一点是，
如果想了解详细的 Native Memory Tracking，请参考我的另一篇文章JVM相关 - JVM 内存占用与分析
Native Memory Tracking: Total: reserved=6308603KB, committed=4822083KB - Java Heap (reserved=4194304KB, committed=4194304KB) (mmap: reserved=4194304KB, committed=4194304KB) - Class (reserved=1161041KB, committed=126673KB) (classes #21662) ( instance classes #20542, array classes #1120) (malloc=3921KB #64030) (mmap: reserved=1157120KB, committed=122752KB) ( Metadata: ) ( reserved=108544KB, committed=107520KB) ( used=105411KB) ( free=2109KB) ( waste=0KB =0.00%) ( Class space:) ( reserved=1048576KB, committed=15232KB) ( used=13918KB) ( free=1314KB) ( waste=0KB =0.00%) - Thread (reserved=355251KB, committed=86023KB) (thread #673) (stack: reserved=353372KB, committed=84144KB) (malloc=1090KB #4039) (arena=789KB #1344) - Code (reserved=252395KB, committed=69471KB) (malloc=4707KB #17917) (mmap: reserved=247688KB, committed=64764KB) - GC (reserved=199635KB, committed=199635KB) (malloc=11079KB #29639) (mmap: reserved=188556KB, committed=188556KB) - Compiler (reserved=2605KB, committed=2605KB) (malloc=2474KB #2357) (arena=131KB #5) - Internal (reserved=3643KB, committed=3643KB) (malloc=3611KB #8683) (mmap: reserved=32KB, committed=32KB) - Other (reserved=67891KB, committed=67891KB) (malloc=67891KB #2859) - Symbol (reserved=26220KB, committed=26220KB) (malloc=22664KB #292684) (arena=3556KB #1) - Native Memory Tracking (reserved=7616KB, committed=7616KB) (malloc=585KB #8238) (tracking overhead=7031KB) - Arena Chunk (reserved=10911KB, committed=10911KB) (malloc=10911KB) - Tracing (reserved=25937KB, committed=25937KB) (malloc=25937KB #8666) - Logging (reserved=5KB, committed=5KB) (malloc=5KB #196) - Arguments (reserved=18KB, committed=18KB) (malloc=18KB #486) - Module (reserved=532KB, committed=532KB) (malloc=532KB #3579) - Synchronizer (reserved=591KB, committed=591KB) (malloc=591KB #4777) - Safepoint (reserved=8KB, committed=8KB) (mmap: reserved=8KB, committed=8KB)
这里的 mmap，malloc 是两种不同的内存申请分配方式，例如：
Internal (reserved=3643KB, committed=3643KB) (malloc=3611KB #8683) (mmap: reserved=32KB, committed=32KB)
代表 Internal 一共占用 3643KB，其中3611KB是通过 malloc 方式，32KB 是通过 mmap 方式。 arena 是通过 malloc 方式分配的内存但是代码执行完并不释放，放入 arena chunk 中之后还会继续使用，参考：MallocInternals
可以看出，Java 进程内存包括：
- Java Heap: 堆内存，即
-Xmx限制的最大堆大小的内存。 - Class：加载的类与方法信息，其实就是 metaspace，包含两部分： 一是 metadata，被
-XX:MaxMetaspaceSize限制最大大小，另外是 class space，被-XX:CompressedClassSpaceSize限制最大大小 - Thread：线程与线程栈占用内存，每个线程栈占用大小受
-Xss限制，但是总大小没有限制。 - Code：JIT 即时编译后（C1 C2 编译器优化）的代码占用内存，受
-XX:ReservedCodeCacheSize限制 - GC：垃圾回收占用内存，例如垃圾回收需要的 CardTable，标记数，区域划分记录，还有标记 GC Root 等等，都需要内存。这个不受限制，一般不会很大的。
- Compiler：C1 C2 编译器本身的代码和标记占用的内存，这个不受限制，一般不会很大的
- Internal：命令行解析，JVMTI 使用的内存，这个不受限制，一般不会很大的
- Symbol: 常量池占用的大小，字符串常量池受
-XX:StringTableSize个数限制，总内存大小不受限制 - Native Memory Tracking：内存采集本身占用的内存大小，如果没有打开采集（那就看不到这个了，哈哈），就不会占用，这个不受限制，一般不会很大的
- Arena Chunk：所有通过 arena 方式分配的内存，这个不受限制，一般不会很大的
- Tracing：所有采集占用的内存，如果开启了 JFR 则主要是 JFR 占用的内存。这个不受限制，一般不会很大的
- Logging，Arguments，Module，Synchronizer，Safepoint，Other，这些一般我们不会关心。
除了 Native Memory Tracking 记录的内存使用，还有两种内存 Native Memory Tracking 没有记录，那就是：
- Direct Buffer：直接内存，请参考：JDK核心JAVA源码解析（4） - Java 堆外内存、零拷贝、直接内存以及针对于NIO中的FileChannel的思考
- MMap Buffer：文件映射内存，请参考：JDK核心JAVA源码解析（5） - JAVA File MMAP原理解析
