Java中的OutOfMemoryError（OOM）是当JVM内存不足时抛出的错误。本文将全面剖析JVM中产生OOM的各种情况，包括堆内存溢出、方法区溢出、栈溢出等，并提供详细的诊断方法和解决方案。
一、OOM基础概念
1.1 OOM错误类型
Java中的OOM是java.lang.OutOfMemoryError的子类，常见的有：
Java heap space：堆空间不足
GC Overhead limit exceeded：GC效率低下
PermGen space/Metaspace：方法区溢出
Unable to create new native thread：线程创建失败
Requested array size exceeds VM limit：数组过大
Direct buffer memory：直接内存溢出
Code cache：代码缓存区满
Kill process or sacrifice child：Linux系统级限制
二、堆内存溢出（Java heap space）
2.1 产生原因
当对象需要分配到堆内存时，如果堆内存不足且无法通过GC回收足够空间时抛出。
// 典型示例
java
复制代码
public class HeapOOM {
public static void main(String[] args) {
List
while(true) {
list.add(new byte[1024*1024]); // 每次分配1MB
}
}
}
2.2 错误信息
java
复制代码
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
2.3 解决方案
调整堆大小：
java
复制代码
-Xms256m -Xmx1024m # 初始堆256MB，最大堆1GB
内存分析：
使用jmap获取堆转储：
java
复制代码
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof
使用MAT/Eclipse Memory Analyzer分析
代码优化：
避免内存泄漏（如静态集合、未关闭资源）
使用对象池重用对象
三、GC开销超限（GC Overhead limit exceeded）
3.1 产生原因
当JVM花费超过98%的时间进行GC，但只恢复了不到2%的堆空间时抛出。
// 典型场景：创建大量生命周期短的对象
java
复制代码
public class GCOverheadOOM {
public static void main(String[] args) {
Map
while(true) {
for(int i=0; i<10000; i++) {
map.put(new Key(i), "Value"+i);
}
map.clear(); // 不完全清除
}
}
}
3.2 错误信息
java
复制代码
java.lang.OutOfMemoryError: GC Overhead limit exceeded
3.3 解决方案
增加堆大小：
java
复制代码
-Xmx2g -XX:+UseG1GC
优化GC策略：
对于大量短生命周期对象，使用G1或ZGC
调整新生代大小：
java
复制代码
-XX:NewRatio=2 # 新生代占堆的1/3
代码改进：
减少临时对象创建
使用更高效的数据结构
四、方法区溢出（Metaspace/PermGen）
4.1 产生原因
JDK8前称为PermGen space，JDK8+称为Metaspace，存储类元数据信息。
java
复制代码
// 通过动态生成类填满方法区
public class MetaspaceOOM {
static class OOMObject {}
public static void main(String[] args) {
while(true) {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (o, method, objects, methodProxy) ->
methodProxy.invokeSuper(o, objects));
enhancer.create(); // 动态创建类
}
}
}
4.2 错误信息
java
复制代码
// JDK7及之前
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
// JDK8+
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
4.3 解决方案
调整Metaspace大小：
java
复制代码
-XX:MaxMetaspaceSize=256m
JDK8前调整PermGen：
java
复制代码
-XX:MaxPermSize=128m
减少动态类生成：
缓存动态代理类
限制反射使用
五、线程栈溢出（Unable to create new native thread）
5.1 产生原因
当创建线程数量超过系统限制时发生。
java
复制代码
public class ThreadOOM {
public static void main(String[] args) {
while(true) {
new Thread(() -> {
try { Thread.sleep(100000); }
catch(InterruptedException e) {}
}).start();
}
}
}
5.2 错误信息
java
复制代码
java.lang.OutOfMemoryError: Unable to create new native thread
5.3 解决方案
减少线程数量：
使用线程池：
java
复制代码
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(100);
调整系统限制：
java
复制代码
ulimit -u # 查看最大线程数
ulimit -u 2048 # 设置最大线程数
减少栈大小：
java
复制代码
-Xss256k # 默认1MB，减少可创建更多线程
六、直接内存溢出（Direct buffer memory）
6.1 产生原因
NIO使用的直接内存（堆外内存）不足时抛出。
java
复制代码
public class DirectMemoryOOM {
public static void main(String[] args) {
// 绕过DirectByteBuffer限制，直接分配内存
List
while(true) {
buffers.add(ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024)); // 1MB
}
}
}
6.2 错误信息
java
复制代码
java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
6.3 解决方案
调整直接内存大小：
java
复制代码
-XX:MaxDirectMemorySize=256m
显式回收：
java
复制代码
((DirectBuffer)buffer).cleaner().clean();
使用池化技术：
Netty的ByteBuf池
七、数组过大溢出（Requested array size exceeds VM limit）
7.1 产生原因
尝试分配超过JVM限制的数组。
java
复制代码
public class ArraySizeOOM {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[Integer.MAX_VALUE]; // 约2^31-1个元素
}
}
7.2 错误信息
java
复制代码
java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
7.3 解决方案
减小数组大小：
分块处理大数据
使用集合替代：
java
复制代码
List
调整数据结构：
使用数据库或文件存储
八、代码缓存溢出（Code cache）
8.1 产生原因
JIT编译的代码填满代码缓存区。
// 通常由大量方法被JIT编译导致
java
复制代码
public class CodeCacheOOM {
public static void main(String[] args) {
// 需要大量方法编译的代码
}
}
8.2 错误信息
java
复制代码
java.lang.OutOfMemoryError: Code cache
8.3 解决方案
增加代码缓存大小：
java
复制代码
-XX:ReservedCodeCacheSize=256m
减少编译阈值：
java
复制代码
-XX:CompileThreshold=10000
关闭分层编译：
java
复制代码
-XX:-TieredCompilation
九、系统级OOM（Kill process or sacrifice child）
9.1 产生原因
Linux系统的OOM Killer终止进程。
java
复制代码
dmesg | grep -i kill
输出示例：
java
复制代码
Out of memory: Kill process 12345 (java) score 999 or sacrifice child
9.2 解决方案
增加系统内存
调整OOM Killer策略：
java
复制代码
echo -17 > /proc/[pid]/oom_adj
限制容器内存（Docker）：
java
复制代码
docker run -m 2g my-java-app
十、OOM诊断工具链
|-----------|---------|--------------------------------------------------|
| 工具 | 用途 | 示例命令 |
| jstat | 监控内存和GC | jstat -gcutil
| jmap | 堆转储 | jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof
| jvisualvm | 可视化分析 | 图形化界面 |
| MAT | 内存分析 | 分析hprof文件 |
| jcmd | 多功能工具 | jcmd
[OOM诊断工具链]
十一、OOM预防最佳实践
代码层面：
避免内存泄漏（监听器、静态集合）
及时关闭资源（数据库连接、文件流）
使用WeakReference处理缓存
JVM配置：
基础配置示例
java
复制代码
-Xms1g -Xmx2g -XX:MaxMetaspaceSize=256m
-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200
监控预警：
JMX监控堆内存使用
Prometheus + Grafana监控体系
设置合理的GC日志监控：
java
复制代码
-Xlog:gc*:file=gc.log:time:filecount=5,filesize=10M
十二、总结
OOM类型与对应解决方案速查表：
|-------------------------|------------|----------------------------|
| OOM类型 | 相关内存区域 | 典型解决方案 |
| Java heap space | 堆 | 增大堆，修复内存泄漏 |
| GC Overhead | 堆 | 优化GC策略，减少对象创建 |
| Metaspace/PermGen | 方法区 | 增大Metaspace，减少动态类生成 |
| Unable to create thread | 栈 | 减少线程数，调整-Xss |
| Direct buffer | 直接内存 | 增大MaxDirectMemorySize，显式回收 |
| Array size | 堆 | 减小数组尺寸，分块处理 |
| Code cache | JIT代码缓存 | 增大ReservedCodeCacheSize |
| System OOM | 系统内存 | 增加物理内存，调整OOM Killer |