8 种 Java 内存溢出之一：Java Heap Space

1.1 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 概述

Java 应用只允许使用有限的内存。这个限制是在应用启动的时候指定的。展开来说， Java 内存分成 2 个不同的区域。这两个区域叫做 Heap Space （堆内存）和 Permgen （Permanent Generation，即永久代）。

这两个区的大小是在 JVM 启动的时候设置，可以通过 JVM 参数 -Xmx 和 -XX:MaxPermSize 进行设置。如果你没有进行特别的设置，平台指定的默认配置会被使用.
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 错误会在应用尝试添加更多的数据到 heap space, 但是 heap 区没有足够的空间时触发.

需要注意的是即使物理内存可能有很多剩余，但是只要 JVM 达到了 heap size 的限制，就会抛出该错误.

1.2 原因

对于 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space , 最常见的原因很简单 – 你把一个 XXL 号的应用放到了一个 S 号的 Java heap space 里了。也就是说 – 应用需要更多的 Java heap space 来让它正常运行。对于这个 OutOfMemory, 其他的原因会更复杂，通常是由于编程错误引起的:

• 用户 / 数据量出现峰值 该应用被设计来处理一定数量的用户和一定数量的数据。当用户数或数据量突然冲高，并且超过了期望的阈值，在出现峰值停止之前的正常运行时的操作触发了 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 错误.
• 内存泄漏 一种特定类型的编程错误导致应用频繁消耗更多的内存。每当应用的泄漏的功能被使用时，它就会在 Java heap space 种生成一些对象。随着时间推移，泄漏的对象消耗了所有可用的 Java heap space, 并且触发了常见的 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 错误.

1.3 示例

1.3.1 示例 1

第一个例子相当简单 – 下列的 Java 代码尝试分配 200 万个 (2M) 整数数组。当你编译该代码，用一个 12MB 大小的 Java heap space (java -Xmx12m OOM) 运行。它会运行失败，抛出 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 消息。有 13MB Java heap space, 这个程序就能正常运行…

class OOM {
  static final int SIZE=2*1024*1024;
  public static void main (String[] a) {
    int[] i = new int[SIZE]
  }
}

1.3.2 内存泄漏示例

第二个，更现实一点的例子是内存泄漏。在 Java 里，当开发创建和使用新对象，如: new Integer(5), 他们不必自己分派内存 – 这通过 JVM 来处理。在应用生命周期中，JVM 会周期性地检查内存中的哪个对象仍在使用，哪个没有。没有被使用的对象会被丢弃，然后内存重新声明并重新使用。这个过程叫做垃圾回收. 对应的 JVM 里的模块叫做垃圾收集器.

Java 的自动内存管理机制依赖于 GC 来周期性地查找没用的对象并移除他们。简而言之，Java 内存泄漏是这么一种场景，一些对象应用已经不用了，但是 GC 却没有检查出来。结果就是这些没用的对象仍然无限期地存在在 Java heap space 中。如此往复，最终触发 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 错误.

构造一个满足内存泄漏定义的 Java 程序也相当容易:

class KeylessEntry {
  static class Key {
    Integer id;
 
    Key(Integer id) {
      this.id = id;
    }
  @Override
    public int hashCode() {
      return id.hashCode();
    }
  }
  public static void main(String[] args) {
    Map m = new HashMap();
    while (true)
      for (int i=0; i<10000, i++)
        if (!m.containsKey(new Key(i)))
          m.put(new Key(i), "Nmber:" + i);
  }
}

当执行上面的代码时，您可能期望它永远运行而没有任何问题，假设原始缓存解决方案只将 Map 扩展到 10,000 个元素，除此之外，HashMap 中已经包含了所有键。然而，事实上元素会持续增加因为 Key 这个类没有在它的 hashCode() 中包含一个适当的 equals() 实现.

结果，随着时间推移，因为泄漏代码的不断的使用，"缓存" 的结果会消耗大量的 Java heap space. 当泄漏的内存填满了 heap 区的所有的可用内存，并且垃圾收集器无法清理，会抛出 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space.

解决办法也简单 – 添加个 equals() 方法的实现在下边，就能很好的运行了。但是在你最终找到这个 bug 之前，你会消耗相当多的脑细胞.

@Override
public boolean equals(Object o) {
  boolean response = false;
  if (o instanceof Key) {
    response = (((Key)o).id).equals(this.id);
  }
  return response;
}

1.4 解决方案

显然第一个解决方案就是 – 当你的 JVM 特定资源耗尽了，你应该增加那个资源的量。在这个案例中：当你的应用没有足够的 Java heap space 内存来正常运行，只需要在运行 JVM 的时候配置并添加 (或修改现有的) 如下参数:
-Xmx1024m

上述配置会给应用 1024M 的 Java heap space. 你可以使用 g 或者 G(单位是 GB), m 或 M(MB), k 或 K(KB). 例如下列都是设置最大 Java heap space 为 1GB:

java -Xmx1073741824 com.mycompany.MyClass
java -Xmx1048576k com.mycompany.MyClass
java -Xmx1024m com.mycompany.MyClass
java -Xmx1g com.mycompany.MyClass

然而，在很多案例中，提供更多的 Java heap space 只是饮鸩止渴。例如，如果你的应用存在内存泄漏，添加更多的 heap 只是延缓 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 错误的出现，并不能解决问题。另外，增加 Java heap space 也会导致 GC 暂停时间的增加，从而影响你的应用的吞吐量和延迟.

如果你希望解决潜在的问题，而不是头痛医头，联系我就是最好的方式 (＠￣ー￣＠). 当然，有几个工具适合你. Debuggers, profiles, heap dump analyzers – 供你选择.

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