Java中的OutOfMemoryError（OOM）是當JVM內存不足時拋出的錯誤。本文將全面剖析JVM中產生OOM的各種情況，包括堆內存溢出、方法區溢出、棧溢出等，并提供詳細的診斷方法和解決方案。

一、OOM基礎概念

1.1 OOM錯誤類型

• Java中的OOM是java.lang.OutOfMemoryError的子類，常見的有：
• Java heap space：堆空間不足
• GC Overhead limit exceeded：GC效率低下
• PermGen space/Metaspace：方法區溢出
• Unable to create new native thread：線程創建失敗
• Requested array size exceeds VM limit：數組過大
• Direct buffer memory：直接內存溢出
• Code cache：代碼緩存區滿
• Kill process or sacrifice child：Linux系統級限制

二、堆內存溢出（Java heap space）

2.1 產生原因

當對象需要分配到堆內存時，如果堆內存不足且無法通過GC回收足夠空間時拋出。

// 典型示例

public class HeapOOM {public static void main(String[] args) {List<Object> list = new ArrayList<>();while(true) {list.add(new byte[1024*1024]); // 每次分配1MB}}
}

2.2 錯誤信息

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

2.3 解決方案

調整堆大小：

-Xms256m -Xmx1024m ?# 初始堆256MB，最大堆1GB

內存分析：

使用jmap獲取堆轉儲：

jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid>

使用MAT/Eclipse Memory Analyzer分析

代碼優化：

避免內存泄漏（如靜態集合、未關閉資源）
使用對象池重用對象

三、GC開銷超限（GC Overhead limit exceeded）

3.1 產生原因

當JVM花費超過98%的時間進行GC，但只恢復了不到2%的堆空間時拋出。

// 典型場景：創建大量生命周期短的對象

public class GCOverheadOOM {public static void main(String[] args) {Map<Key, String> map = new HashMap<>();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 錯誤信息

java.lang.OutOfMemoryError: GC Overhead limit exceeded

3.3 解決方案

1. 增加堆大小：

   ?
   -Xmx2g -XX:+UseG1GC?

2. 優化GC策略：

• 對于大量短生命周期對象，使用G1或ZGC
• 調整新生代大小：

• -XX:NewRatio=2 ?# 新生代占堆的1/3

1. 代碼改進：

• 減少臨時對象創建
• 使用更高效的數據結構

四、方法區溢出（Metaspace/PermGen）

4.1 產生原因

JDK8前稱為PermGen space，JDK8+稱為Metaspace，存儲類元數據信息。

// 通過動態生成類填滿方法區
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(); // 動態創建類}}
}

4.2 錯誤信息
?

// JDK7及之前
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space// JDK8+
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

4.3 解決方案

調整Metaspace大小：

-XX:MaxMetaspaceSize=256m

JDK8前調整PermGen：

-XX:MaxPermSize=128m

減少動態類生成：

緩存動態代理類
限制反射使用

五、線程棧溢出（Unable to create new native thread）

5.1 產生原因

當創建線程數量超過系統限制時發生。

public class ThreadOOM {public static void main(String[] args) {while(true) {new Thread(() -> {try { Thread.sleep(100000); }?catch(InterruptedException e) {}}).start();}}
}

5.2 錯誤信息

java.lang.OutOfMemoryError: Unable to create new native thread

5.3 解決方案

減少線程數量：

使用線程池：

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(100);

調整系統限制：

ulimit -u ?# 查看最大線程數
ulimit -u 2048 ?# 設置最大線程數

減少棧大小：

-Xss256k ?# 默認1MB，減少可創建更多線程

六、直接內存溢出（Direct buffer memory）

6.1 產生原因

NIO使用的直接內存（堆外內存）不足時拋出。

public class DirectMemoryOOM {public static void main(String[] args) {// 繞過DirectByteBuffer限制，直接分配內存List<ByteBuffer> buffers = new ArrayList<>();while(true) {buffers.add(ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024)); // 1MB}}
}

6.2 錯誤信息

java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

6.3 解決方案

調整直接內存大小：

-XX:MaxDirectMemorySize=256m

顯式回收：

((DirectBuffer)buffer).cleaner().clean();

使用池化技術：

Netty的ByteBuf池

七、數組過大溢出（Requested array size exceeds VM limit）

7.1 產生原因

嘗試分配超過JVM限制的數組。

public class ArraySizeOOM {public static void main(String[] args) {int[] arr = new int[Integer.MAX_VALUE]; // 約2^31-1個元素}
}

7.2 錯誤信息

java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

7.3 解決方案
減小數組大小：

分塊處理大數據
使用集合替代：

List<Integer> list = new ArrayList<>();

調整數據結構：

使用數據庫或文件存儲

八、代碼緩存溢出（Code cache）

8.1 產生原因

JIT編譯的代碼填滿代碼緩存區。

// 通常由大量方法被JIT編譯導致

public class CodeCacheOOM {public static void main(String[] args) {// 需要大量方法編譯的代碼}
}

8.2 錯誤信息

java.lang.OutOfMemoryError: Code cache

8.3 解決方案
增加代碼緩存大小：

-XX:ReservedCodeCacheSize=256m

減少編譯閾值：

-XX:CompileThreshold=10000

關閉分層編譯：

-XX:-TieredCompilation

九、系統級OOM（Kill process or sacrifice child）

9.1 產生原因
Linux系統的OOM Killer終止進程。

dmesg | grep -i kill

輸出示例：

Out of memory: Kill process 12345 (java) score 999 or sacrifice child

9.2 解決方案
增加系統內存
調整OOM Killer策略：

echo -17 > /proc/[pid]/oom_adj

限制容器內存（Docker）：

docker run -m 2g my-java-app

十、OOM診斷工具鏈

OOM診斷工具鏈

工具	用途	示例命令
jstat	監控內存和GC	jstat -gcutil <pid> 1000
jmap	堆轉儲	jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof <pid>
jvisualvm	可視化分析	圖形化界面
MAT	內存分析	分析hprof文件
jcmd	多功能工具	jcmd <pid> VM.native_memory

十一、OOM預防最佳實踐

代碼層面：

避免內存泄漏（監聽器、靜態集合）
及時關閉資源（數據庫連接、文件流）
使用WeakReference處理緩存
JVM配置：

# 基礎配置示例

-Xms1g -Xmx2g -XX:MaxMetaspaceSize=256m?
-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200

監控預警：

JMX監控堆內存使用
Prometheus + Grafana監控體系
設置合理的GC日志監控：

-Xlog:gc*:file=gc.log:time:filecount=5,filesize=10M

十二、總結

OOM類型與對應解決方案速查表：

OOM類型	相關內存區域	典型解決方案
Java heap space	堆	增大堆，修復內存泄漏
GC Overhead	堆	優化GC策略，減少對象創建
Metaspace/PermGen	方法區	增大Metaspace，減少動態類生成
Unable to create thread	棧	減少線程數，調整-Xss
Direct buffer	直接內存	增大MaxDirectMemorySize，顯式回收
Array size	堆	減小數組尺寸，分塊處理
Code cache	JIT代碼緩存	增大ReservedCodeCacheSize
System OOM	系統內存	增加物理內存，調整OOM Killer