1.JVM Heap（堆）溢出：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

JVM在啟動的時候會自動設置JVM Heap的值， 可以利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等選項可進行設置。Heap的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。在JVM中如果98%的時間是用於GC,且可用的Heap size 不足2%的時候將拋出此異常信息。
解決方法：手動設置JVM Heap（堆）的大小。

Java堆用於儲存對象實例。當需要為對象實例分配內存，而堆的內存占用又已經達到-Xmx設置的最大值。將會拋出OutOfMemoryError異常。例子如下：

package com.demo.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * VM Args: -Xms5m -Xmx5m
 */
public class HeapOOM {
    
    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        List<Object> list = new ArrayList<Object>();
        while(true
 
){
            list.add(new Object());
            System.out.println(++count);
        }
    }

}

然後在運行時設置jvm參數，如下：

-Xmx為5m。其中的一次測試結果為，當count的值累加到360145時，發生如下異常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:2245)
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:
 
2219)
    at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:213)
    at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:187)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:411)
    at com.demo.test.HeapOOM.main(HeapOOM.java:12)

修改-Xmx為10m。其中的一次測試結果為，當count的值累加到540217時，發生OutOfMemoryError異常。隨著-Xmx參數值的增大，java堆中可以存儲的對象也越多。

2.PermGen space溢出： java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

PermGen space的全稱是Permanent Generation space，是指內存的永久保存區域。為什麽會內存溢出，這是由於這塊內存主要是被JVM存放Class和Meta信息的，Class在被Load的時候被放入PermGen space區域，它和存放Instance的Heap區域不同，sun的 GC不會在主程序運行期對PermGen space進行清理，所以如果你的APP會載入很多CLASS的話，就很可能出現PermGen space溢出。一般發生在程序的啟動階段。
解決方法： 通過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize設置永久代大小即可。

方法區用於存放java類型的相關信息，如類名、訪問修飾符、常量池、字段描述、方法描述等。在類裝載器加載class文件到內存的過程中，虛擬機會提取其中的類型信息，並將這些信息存儲到方法區。當需要存儲類信息而方法區的內存占用又已經達到-XX:MaxPermSize設置的最大值，將會拋出OutOfMemoryError異常。對於這種情況的測試，基本的思路是運行時產生大量的類去填滿方法區，直到溢出。這裏需要借助CGLib直接操作字節碼運行時，生成了大量的動態類。例子如下：

package com.demo.test;

import java.lang.reflect.Method;

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;

/**
 * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
 */
public class MethodAreaOOM {

    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(MethodAreaOOM.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
                    return proxy.invoke(obj, args);
                }
            });
            enhancer.create();
            System.out.println(++count);
        }
    }

}

-XX:MaxPermSize為10m。其中的一次測試結果為，當count的值累加到800時，發生如下異常：

Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:792)
    ... 8 more

隨著-XX:MaxPermSize參數值的增大，java方法區中可以存儲的類型數據也越多。

3.棧溢出： java.lang.StackOverflowError : Thread Stack space

棧溢出了，JVM依然是采用棧式的虛擬機，這個和C和Pascal都是一樣的。函數的調用過程都體現在堆棧和退棧上了。調用構造函數的 “層”太多了，以致於把棧區溢出了。 通常來講，一般棧區遠遠小於堆區的，因為函數調用過程往往不會多於上千層，而即便每個函數調用需要 1K的空間（這個大約相當於在一個C函數內聲明了256個int類型的變量），那麽棧區也不過是需要1MB的空間。通常棧的大小是1-2MB的。通俗一點講就是單線程的程序需要的內存太大了。 通常遞歸也不要遞歸的層次過多，很容易溢出。
解決方法：1：修改程序。2：通過 -Xss: 來設置每個線程的Stack大小即可。

在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常狀況：StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

（1）StackOverflowError異常

每當java程序代碼啟動一個新線程時，Java虛擬機都會為它分配一個Java棧。Java棧以幀為單位保存線程的運行狀態。當線程調用java方法時，虛擬機壓入一個新的棧幀到該線程的java棧中。只要這個方法還沒有返回，它就一直存在。如果線程的方法嵌套調用層次太多(如遞歸調用)，隨著java棧中幀的逐漸增多，最終會由於該線程java棧中所有棧幀大小總和大於-Xss設置的值，而產生StackOverflowError內存溢出異常。例子如下：

package com.demo.test;

/**
 * VM Args: -Xss128k
 */
public class JavaVMStackSOF {
    
    private int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        new JavaVMStackSOF().method();
    }
    
    public void method() {
        System.out.println(++count);
        method();
    }


}

-Xss為128k。其中的一次測試結果為，當count的值累加到2230時，發生如下異常：

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at sun.nio.cs.UTF_8.updatePositions(UTF_8.java:77)
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeArrayLoop(UTF_8.java:564)
    at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:619)
    at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:561)
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.implWrite(StreamEncoder.java:271)
    at sun.nio.cs.StreamEncoder.write(StreamEncoder.java:125)
    at java.io.OutputStreamWriter.write(OutputStreamWriter.java:207)
    at java.io.BufferedWriter.flushBuffer(BufferedWriter.java:129)
    at java.io.PrintStream.write(PrintStream.java:526)
    at java.io.PrintStream.print(PrintStream.java:597)
    at java.io.PrintStream.println(PrintStream.java:736)
    at com.demo.test.JavaVMStackSOF.method(JavaVMStackSOF.java:15)

隨著-Xss參數值的增大，可以嵌套的方法調用層次也相應增加。綜上所述，StackOverflowError異常是由於方法調用的層次太深，最終導致為某個線程分配的所有棧幀大小總和大於-Xss設置的值，從而發生StackOverflowError異常。

（2）OutOfMemoryError異常

java程序代碼啟動一個新線程時，沒有足夠的內存空間為該線程分配java棧(一個線程java棧的大小由-Xss參數確定)，jvm則拋出OutOfMemoryError異常。例子如下：

package com.demo.test;

/**
 * VM Args: -Xss128k
 */
public class JavaVMStackOOM {

    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    while (true) {
                        try {
                            Thread.sleep(5000);
                        } catch (Exception e) {
                        }
                    }
                }
            });
            thread.start();
            System.out.println(++count);
        }
    }

}

-Xss為128k。其中的一次測試結果為，當count的值累加到11958時，發生如下異常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
    at java.lang.Thread.start0(Native Method)
    at java.lang.Thread.start(Thread.java:693)
    at com.demo.test.JavaVMStackOOM.main(JavaVMStackOOM.java:21)

隨著-Xss參數值的增大，java程序可以創建的總線程數越少。

4.所以Server容器啟動的時候我們經常關心和設置JVM的幾個參數如下：

-Xms：java Heap初始大小， 默認是物理內存的1/64。
-Xmx：java Heap最大值，不可超過物理內存。
-Xmn：young generation的heap大小，一般設置為Xmx的3、4分之一 。增大年輕代後，將會減小年老代大小，可以根據監控合理設置。
-Xss：每個線程的Stack大小，而最佳值應該是128K,默認值好像是512k。
-XX:PermSize：設定內存的永久保存區初始大小，缺省值為64M。
-XX:MaxPermSize：設定內存的永久保存區最大大小，缺省值為64M。
-XX:SurvivorRatio：Eden區與Survivor區的大小比值，設置為8，則兩個Survivor區與一個Eden區的比值為2:8，一個Survivor區占整個年輕代的1/10。
-XX:+UseParallelGC：F年輕代使用並發收集，而年老代仍舊使用串行收集。
-XX:+UseParNewGC：設置年輕代為並行收集，JDK5.0以上，JVM會根據系統配置自行設置，所無需再設置此值。
-XX:ParallelGCThreads：並行收集器的線程數，值最好配置與處理器數目相等 同樣適用於CMS。
-XX:+UseParallelOldGC：年老代垃圾收集方式為並行收集(Parallel Compacting)。
-XX:MaxGCPauseMillis：每次年輕代垃圾回收的最長時間(最大暫停時間)，如果無法滿足此時間，JVM會自動調整年輕代大小，以滿足此值。
-XX:+ScavengeBeforeFullGC：Full GC前調用YGC,默認是true。

實例如：JAVA_OPTS=”-Xms4g -Xmx4g -Xmn1024m -XX:PermSize=320M -XX:MaxPermSize=320m -XX:SurvivorRatio=6″

第一種OutOfMemoryError： PermGen space

發生這種問題的原意是程序中使用了大量的jar或class，使java虛擬機裝載類的空間不夠，與Permanent Generation space有關。解決這類問題有以下兩種辦法：

1、增加java虛擬機中的XX:PermSize和XX:MaxPermSize參數的大小，其中XX:PermSize是初始永久保存區域大 小，XX:MaxPermSize是最大永久保存區域大小。如針對tomcat6.0，在catalina.sh 或catalina.bat文件中一系列環境變量名說明結束處（大約在70行左右） 增加一行： JAVA_OPTS=" -XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=128m" 如果是windows服務器還可以在系統環境變量中設置。感覺用tomcat發布sprint+struts+hibernate架構的程序時很容易發生這種內存溢出錯誤。使用上述方法，我成功解決了部署ssh項目的tomcat服務器經常宕機的問題。

2、清理應用程序中web-inf/lib下的jar，如果tomcat部署了多個應用，很多應用都使用了相同的jar，可以將共同的jar移到 tomcat共同的lib下，減少類的重復加載。這種方法是網上部分人推薦的，我沒試過，但感覺減少不了太大的空間，最靠譜的還是第一種方法。

第二種OutOfMemoryError： Java heap space

發生這種問題的原因是java虛擬機創建的對象太多，在進行垃圾回收之間，虛擬機分配的到堆內存空間已經用滿了，與Heap space有關。解決這類問題有兩種思路：

1、檢查程序，看是否有死循環或不必要地重復創建大量對象。找到原因後，修改程序和算法。 我以前寫一個使用K-Means文本聚類算法對幾萬條文本記錄（每條記錄的特征向量大約10來個）進行文本聚類時，由於程序細節上有問題，就導致了 Java heap space的內存溢出問題，後來通過修改程序得到了解決。

2、增加Java虛擬機中Xms（初始堆大小）和Xmx（最大堆大小）參數的大小。如：set JAVA_OPTS= -Xms256m -Xmx1024m

Java常見的幾種內存溢出及解決方案