Java内存溢出的原因分析及调优

        JVM 无法在堆中分配对象时，会抛出这个异常，导致这个异常的原因可能有三种：

        1. 内存泄漏。Java 应用程序一直持有 Java 对象的引用，导致对象无法被 GC 回收，比如对象池和内存池中的对象无法被 GC 回收。

        2. 配置问题。有可能是我们通过 JVM 参数指定的堆大小（或者未指定的默认大小），对于应用程序来说是不够的。解决办法是通过 JVM 参数加大堆的大小。

        3. finalize 方法的过度使用。如果我们想在 Java 类实例被 GC 之前执行一些逻辑，比如清理对象持有的资源，可以在 Java 类中定义 finalize 方法，这样 JVM GC 不会立即回收这些对象实例，而是将对象实例添加到一个叫“java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue”的队列中，执行对象的 finalize 方法，之后才会回收这些对象。Finalizer 线程会和主线程竞争 CPU 资源，但由于优先级低，所以处理速度跟不上主线程创建对象的速度，因此 ReferenceQueue 队列中的对象就越来越多，最终会抛出 OutOfMemoryError。解决办法是尽量不要给 Java 类定义 finalize 方法。

        出现这种 OutOfMemoryError 的原因是，垃圾收集器一直在运行，但是 GC 效率很低，比如 Java 进程花费超过 98％的 CPU 时间来进行一次 GC，但是回收的内存少于 2％的 JVM 堆，并且连续 5 次 GC 都是这种情况，就会抛出 OutOfMemoryError。

        解决办法是查看 GC 日志或者生成 Heap Dump，确认一下是不是内存泄漏，如果不是内存泄漏可以考虑增加 Java 堆的大小。当然你还可以通过参数配置来告诉 JVM 无论如何也不要抛出这个异常，方法是配置-XX:-UseGCOverheadLimit，但是我并不推荐这么做，因为这只是延迟了 OutOfMemoryError 的出现。

        从错误消息我们也能猜到，抛出这种异常的原因是“请求的数组大小超过 JVM 限制”，应用程序尝试分配一个超大的数组。比如应用程序尝试分配 512MB 的数组，但最大堆大小为 256MB，则将抛出 OutOfMemoryError，并且请求的数组大小超过 VM 限制。

        通常这也是一个配置问题（JVM 堆太小），或者是应用程序的一个 Bug，比如程序错误地计算了数组的大小，导致尝试创建一个大小为 1GB 的数组。

        如果 JVM 的元空间用尽，则会抛出这个异常。我们知道 JVM 元空间的内存在本地内存中分配，但是它的大小受参数 MaxMetaSpaceSize 的限制。当元空间大小超过 MaxMetaSpaceSize 时，JVM 将抛出带有 MetaSpace 字样的 OutOfMemoryError。解决办法是加大 MaxMetaSpaceSize 参数的值。

        当本地堆内存分配失败或者本地内存快要耗尽时，Java HotSpot VM 代码会抛出这个异常，VM 会触发“致命错误处理机制”，它会生成“致命错误”日志文件，其中包含崩溃时线程、进程和操作系统的有用信息。如果碰到此类型的 OutOfMemoryError，你需要根据 JVM 抛出的错误信息来进行诊断；或者使用操作系统提供的 DTrace 工具来跟踪系统调用，看看是什么样的程序代码在不断地分配本地内存。

        抛出这个异常的过程大概是这样的：

        1.Java 程序向 JVM 请求创建一个新的 Java 线程。

        2.JVM 本地代码（Native Code）代理该请求，通过调用操作系统 API 去创建一个操作系统级别的线程 Native Thread。

        3. 操作系统尝试创建一个新的 Native Thread，需要同时分配一些内存给该线程，每一个 Native Thread 都有一个线程栈，线程栈的大小由 JVM 参数-Xss决定。

        4. 由于各种原因，操作系统创建新的线程可能会失败，下面会详细谈到。

        5.JVM 抛出“java.lang.OutOfMemoryError: Unable to create new native thread”错误。

        因此关键在于第四步线程创建失败，JVM 就会抛出 OutOfMemoryError，那具体有哪些因素会导致线程创建失败呢？

        a）内存大小限制：我前面提到，Java 创建一个线程需要消耗一定的栈空间，并通过-Xss参数指定。请你注意的是栈空间如果过小，可能会导致 StackOverflowError，尤其是在递归调用的情况下；但是栈空间过大会占用过多内存，而对于一个 32 位 Java 应用来说，用户进程空间是 4GB，内核占用 1GB，那么用户空间就剩下 3GB，因此它能创建的线程数大致可以通过这个公式算出来：

        Max memory（3GB） = [-Xmx] + [-XX:MaxMetaSpaceSize] + number_of_threads * [-Xss]

        不过对于 64 位的应用，由于虚拟进程空间近乎无限大，因此不会因为线程栈过大而耗尽虚拟地址空间。但是请你注意，64 位的 Java 进程能分配的最大内存数仍然受物理内存大小的限制。

        b）ulimit 限制，在 Linux 下执行ulimit -a，你会看到 ulimit 对各种资源的限制。

        其中的“max user processes”就是一个进程能创建的最大线程数，我们可以修改这个参数：ulimit -u65535

        c）参数sys.kernel.threads-max限制。这个参数限制操作系统全局的线程数，通过下面的命令可以查看它的值

        这表明当前系统能创建的总的线程是 63752。当然我们调整这个参数，具体办法是在/etc/sysctl.conf配置文件中，加入sys.kernel.threads-max = 999999。

        d）参数sys.kernel.pid_max限制，这个参数表示系统全局的 PID 号数值的限制，每一个线程都有 ID，ID 的值超过这个数，线程就会创建失败。跟sys.kernel.threads-max参数一样，我们也可以将sys.kernel.pid_max调大，方法是在/etc/sysctl.conf配置文件中，加入sys.kernel.pid_max = 999999。

        对于线程创建失败的 OutOfMemoryError，除了调整各种参数，我们还需要从程序本身找找原因，看看是否真的需要这么多线程，有可能是程序的 Bug 导致创建过多的线程。