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。

01 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

• 报错

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）

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

• JVM 堆空间的变化

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。

02 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：

• 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
• 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

• 结果

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

• 结果

所以无论是由于栈帧大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：

• 示例

• 结果

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create native thread

出现SOF时，会有明确错误堆栈可供分析，相对容易定位问题。如果使用HotSpot虚拟机默认参数，栈深度在大多数情况下（因为每个方法压入栈的帧大小并不是一样的）到达1000~2000没有问题，对于正常的方法调用（包括不能做尾递归优化的递归调用），这个深度应该完全够用。但如果是建立过多线程导致的内存溢出，在不能减少线程数量或者更换64位虚拟机的情况下，就只能通过减少最大堆和减少栈容量换取更多的线程。这种通过“减少内存”手段解决内存溢出的方式，如果没有这方面处理经验，一般比较难以想到。也是由于这种问题较为隐蔽，从 JDK 7起，以上提示信息中“unable to create native thread”后面，虚拟机会特别注明原因可能是“possibly

#define OS_NATIVE_THREAD_CREATION_FAILED_MSG "unable to create native thread: possibly out of memory or process/resource limits reached"

03 方法区和运行时常量池溢出

运行时常量池是方法区的一部分，所以这两个区域的溢出测试可以放到一起。

HotSpot从JDK 7开始逐步“去永久代”，在JDK 8中完全使用元空间代替永久代，那么方法区使用“永久代”还是“元空间”来实现，对程序有何影响呢。

String::intern()是一个本地方法：若字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String对象的引用；否则，会将此String对象包含的字符串添加到常量池，并且返回此String对象的引用。

在JDK6或之前HotSpot虚拟机，常量池都是分配在永久代，可以通过如下两个参数：

限制永久代的大小，即可间接限制其中常量池的容量

• 实例

• 结果

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space at java.lang.String.intern(Native Method) at org.fenixsoft.oom.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java: 18)