前言：本以為(OutOfMemoryError)OOM問題會離我們很遠，但在一次生產上線灰度的過程中就出現了Java.Lang.OutOfMemoryError:Java heap space異常，通過對線上日志的查看，最終定位到ArrayList#addAll方法中，出現這個問題的原因是：由于歷史原因有個接口的響應時間經常超時，所以筆者對其進行了優化，之前使用的是ArrayList#add方法，筆者通過一系列修改后將add方法修改為了addAll方法，導致內存溢出。但具體是怎樣產生的呢，下面對其詳細分析。
ArrayList的內部原理
談起ArrayList想必大家在日常中經常使用，用于存儲一系列的元素。由于筆者在使用過程中出現了OOM異常，這里有必要對其內部原理進行簡單的分析：
#1.ArrayList底層采用數組來存儲數據，查找速度快，畢竟直接使用數組下標進行數據的查找。這里有一點特別重要其內部的數據存儲結構為數組。
#2.數組：數組是一種線性表數據結構，它是一組連續的內存空間。注意：一組連續的內存空間，這就意味著在申請數組時如果不能滿足連續的內存空間，哪怕是內存足夠也會導致OOM問題。
#3.ArrayList的默認容量為10，超過10時，會進行擴容：int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);相當于擴大為原來的1.5倍。其擴容函數如下：
1 private void grow(int minCapacity) { 2 // overflow-conscious code 3 // 獲得當前ArrayList的大小 4 int oldCapacity = elementData.length; 5 // 進行擴容，擴大為原來的1.5倍，那為什么不直接*1.5呢，因為位操作速度更快 6 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 7 // minCapacity參數為擴容前確認的數組大小參數，將在下面進行分析 8 // 如果新容量比minCapacity小，說明容量不夠，則使用minCapacity 9 if (newCapacity - minCapacity < 0) 10 newCapacity = minCapacity; 11 // 如果newCapacity大于最大ArrayList承受的最大值，則計算最大值 12 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) 13 newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); 14 // minCapacity is usually close to size, so this is a win: 15 // 進行擴容 16 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 17 }
分析：上述擴容函數涉及到幾個變量minCapacity、MAX_ARRAY_SIZE，下面將對其進行解釋。
關于minCapacity變量通過ArrayList#addAll函數進行分析(add函數其實一樣)：
1 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { 2 Object[] a = c.toArray(); 3 // 獲取要插入集合的長度 4 int numNew = a.length; 5 // 確認容量大小，擴容也就是在該函數中進行操作 6 ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount 7 // 將要插入的數據拷貝至數組尾部 8 System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); 9 size += numNew; 10 return numNew != 0; 11 }
1 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { 2 ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); 3 } 4 5 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { 6 modCount++; 7 8 // overflow-conscious code 9 // 所需容量大于當前數組容量，則進行擴容 10 if (minCapacity - elementData.length > 0) 11 grow(minCapacity); 12 }
分析：
#1.ArrayList的擴容入口就是ensureCapacityInternal函數，其入參為當前ArrayList存儲容量與要處理集合容量的和。
#2.然后通過calculateCapacity函數進行容量確認：
1 private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { 2 // 如果當前數組為空，則從默認值(10)與minCapacity（當前ArrayList容量+要插入集合容量之和）中取最大值 3 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { 4 return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); 5 } 6 // 否則直接返回minCapacity 7 return minCapacity; 8 }
#3.在ensureExplicitCapacity函數中進行具體擴容，也就是調用grow函數。
在grow函數中有一個變量需要注意一下MAX_ARRAY_SIZE：
注釋已講的非常清楚：嘗試去分配最大容量的數組內存也許會造成OOM異常。
還有這里為什么要用Integer.MAX_VALUE-8呢，因為數組在虛擬機中存儲時需要8字節來存儲其自身的大小。
#4.ArrayList的擴容是通過Array.copyOf函數進行的：
1 public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) { 2 // original需要被拷貝的原數據集合 3 // newLength新的數組長度 4 return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass()); 5 } 6 public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) { 7 @SuppressWarnings("unchecked") 8 // 申請內存空間,如果這里沒有連續的內存空間，則會拋出OOM異常 9 T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) 10 ? (T[]) new Object[newLength] 11 : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength); 12 // 將原數組拷貝到新空間中 13 System.arraycopy(original, 0, copy, 0, 14 Math.min(original.length, newLength)); 15 return copy; 16 }
分析：
關鍵在上述代碼第8行中，申請新的內存空間，由于是數組，需要連續的內存空間，如果當前無連續的內存空間，哪怕內存足夠也會拋出OOM異常。
通過對ArrayList的源碼分析，就可以得出出現OOM原因的關鍵點了。這里貼上當時灰度環境JVM的堆內存走勢圖：
從以上JVM監控圖可以清楚的看到堆內存從0直接飆到了2G，在2G后出現了OOM異常，并且此時JVM進行了垃圾回收，幸好沒有把當前節點拖崩，萬幸！！！
在同樣的數據量下為什么用add未拋OOM異常，而用addAll確拋了OOM異常呢
在同樣數據量的情況下，之前的代碼使用了ArrayList#add方法未出現問題，而使用ArrayList#addAll方法卻拋出了OOM異常呢，通過源碼進行比較：
ArrayList#add:
ArrayList#addAll
通過對源碼進行比較可知，ArrayList#add方法每次確認容量是size+1,而ArrayList#addAll每次是size+numNew(要插入的容量)。在ArrayList#add方法插入數據進行擴容時，每次都是擴容器為其1.5倍，而ArrayList#addAll不確定，需要依據numNew大小。
在使用ArrayList#addAll方法時，如果插入集合的過大，而且該方法處于循環中，就會導致擴容非常的頻繁，在JVM未來得及進行垃圾回收的情況下，就會導致OOM異常。
最終的解決方法：在初始化ArrayList的時候，盡量知道所需存儲元素的容量或者避免其頻繁擴容，就有很大的機會避免OOM異常，筆者的解決方法就是如此，以為通過其他途徑得知了每次的ArrayList大小，最終解決了這個問題，由于是公司代碼，這里就不貼具體代碼了，其實在灰度時也把我嚇了一跳。
總結
本文來源于筆者在生產環境中遇到的問題（線上數據量太大，在QA環境中并為出現該問題），通過對ArrayList源碼的分析，最終找到問題出現的核心點，通過及時的修改，再次上線后該問題得到解決，因此特別記錄下該問題，并以此為戒。
#1.在使用ArrayList的時候，盡量對其進行容量大小的初始化，避免其頻繁擴容，造成OOM異常，線上出現該問題真的很恐怖。
#2.出現問題也不要過于驚慌，及時發現問題，并解決，也許你會有不小的收獲。
#3.本次問題幸好出現在灰度環境，并未全量，這是不幸中的萬幸，下次一定注意、注意、注意！！！
by Shawn Chen，2019.07.14日，下午。
