一、內存溢出和內存泄露

一種通俗的說法。
1、內存溢出：你申請了10個字節的空間，但是你在這個空間寫入11或以上字節的數據，出現溢出。
2、內存泄漏：你用new申請了一塊內存，後來很長時間都不再使用了（按理應該釋放），但是因為一直被某個或某些實例所持有導致 GC 不能回收，也就是該被釋放的對象沒有釋放。

下面具體介紹。

1.1 內存溢出

java.lang.OutOfMemoryError，是指程序在申請內存時，沒有足夠的內存空間供其使用，出現OutOfMemoryError。
產生原因
產生該錯誤的原因主要包括：

JVM內存過小。
程序不嚴密，產生了過多的垃圾。
程序體現
一般情況下，在程序上的體現為：

內存中加載的數據量過於龐大，如一次從數據庫取出過多數據。
集合類中有對對象的引用，使用完後未清空，使得JVM不能回收。
代碼中存在死循環或循環產生過多重復的對象實體。
使用的第三方軟件中的BUG。
啟動參數內存值設定的過小。
錯誤提示
此錯誤常見的錯誤提示：
tomcat:java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
tomcat:java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
weblogic:Root cause of ServletException java.lang.OutOfMemoryError
resin:java.lang.OutOfMemoryError
java:java.lang.OutOfMemoryError

解決方法

增加JVM的內存大小
對於tomcat容器，找到tomcat在電腦中的安裝目錄，進入這個目錄，然後進入bin目錄中，在window環境下找到bin目錄中的catalina.bat，在linux環境下找到catalina.sh。
編輯catalina.bat文件，找到JAVA_OPTS（具體來說是 set "JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% %LOGGING_MANAGER%"）這個選項的位置，這個參數是Java啟動的時候，需要的啟動參數。
也可以在操作系統的環境變量中對JAVA_OPTS進行設置，因為tomcat在啟動的時候，也會讀取操作系統中的環境變量的值，進行加載。
如果是修改了操作系統的環境變量，需要重啟機器，再重啟tomcat，如果修改的是tomcat配置文件，需要將配置文件保存，然後重啟tomcat，設置就能生效了。
優化程序，釋放垃圾
主要思路就是避免程序體現上出現的情況。避免死循環，防止一次載入太多的數據，提高程序健壯型及時釋放。因此，從根本上解決Java內存溢出的唯一方法就是修改程序，及時地釋放沒用的對象，釋放內存空間。
1.2 內存泄露

Memory Leak，是指程序在申請內存後，無法釋放已申請的內存空間，一次內存泄露危害可以忽略，但內存泄露堆積後果很嚴重，無論多少內存，遲早會被占光。
在Java中，內存泄漏就是存在一些被分配的對象，這些對象有下面兩個特點：
1）首先，這些對象是可達的，即在有向圖中，存在通路可以與其相連；
2）其次，這些對象是無用的，即程序以後不會再使用這些對象。
如果對象滿足這兩個條件，這些對象就可以判定為Java中的內存泄漏，這些對象不會被GC所回收，然而它卻占用內存。

關於內存泄露的處理頁就是提高程序的健壯型，因為內存泄露是純代碼層面的問題。

1.3 內存溢出和內存泄露的聯系

內存泄露會最終會導致內存溢出。
相同點：都會導致應用程序運行出現問題，性能下降或掛起。
不同點：1) 內存泄露是導致內存溢出的原因之一，內存泄露積累起來將導致內存溢出。2) 內存泄露可以通過完善代碼來避免，內存溢出可以通過調整配置來減少發生頻率，但無法徹底避免。

二、一個Java內存泄漏的排查案例

某個業務系統在一段時間突然變慢，我們懷疑是因為出現內存泄露問題導致的，於是踏上排查之路。

2.1 確定頻繁Full GC現象

首先通過“虛擬機進程狀況工具：jps”找出正在運行的虛擬機進程，最主要是找出這個進程在本地虛擬機的唯一ID（LVMID，Local Virtual Machine Identifier），因為在後面的排查過程中都是需要這個LVMID來確定要監控的是哪一個虛擬機進程。
同時，對於本地虛擬機進程來說，LVMID與操作系統的進程ID（PID，Process Identifier）是一致的，使用Windows的任務管理器或Unix的ps命令也可以查詢到虛擬機進程的LVMID。
jps命令格式為：
jps [ options ] [ hostid ]
使用命令如下：
使用jps：jps -l
使用ps：ps aux | grep tomat

找到你需要監控的ID（假設為20954），再利用“虛擬機統計信息監視工具：jstat”監視虛擬機各種運行狀態信息。
jstat命令格式為：
jstat [ option vmid [interval[s|ms] [count]] ]
使用命令如下：
jstat -gcutil 20954 1000
意思是每1000毫秒查詢一次，一直查。gcutil的意思是已使用空間站總空間的百分比。
結果如下圖：

jstat執行結果
查詢結果表明：這臺服務器的新生代Eden區（E，表示Eden）使用了28.30%（最後）的空間，兩個Survivor區（S0、S1，表示Survivor0、Survivor1）分別是0和8.93%，老年代（O，表示Old）使用了87.33%。程序運行以來共發生Minor GC（YGC，表示Young GC）101次，總耗時1.961秒，發生Full GC（FGC，表示Full GC）7次，Full GC總耗時3.022秒，總的耗時（GCT，表示GC Time）為4.983秒。

2.2 找出導致頻繁Full GC的原因

分析方法通常有兩種：
1）把堆dump下來再用MAT等工具進行分析，但dump堆要花較長的時間，並且文件巨大，再從服務器上拖回本地導入工具，這個過程有些折騰，不到萬不得已最好別這麽幹。
2）更輕量級的在線分析，使用“Java內存影像工具：jmap”生成堆轉儲快照（一般稱為headdump或dump文件）。
jmap命令格式：
jmap [ option ] vmid
使用命令如下：
jmap -histo:live 20954
查看存活的對象情況，如下圖所示：

存活對象
按照一位IT友的說法，數據不正常，十有八九就是泄露的。在我這個圖上對象還是挺正常的。

我在網上找了一位博友的不正常數據，如下：

image.png
可以看出HashTable中的元素有5000多萬，占用內存大約1.5G的樣子。這肯定不正常。

2.3 定位到代碼

定位帶代碼，有很多種方法，比如前面提到的通過MAT查看Histogram即可找出是哪塊代碼。——我以前是使用這個方法。 也可以使用BTrace，我沒有使用過。

舉例：

一臺生產環境機器每次運行幾天之後就會莫名其妙的宕機，分析日誌之後發現在tomcat剛啟動的時候內存占用比較少，但是運行個幾天之後內存占用越來越大，通過jmap命令可以查詢到一些大對象引用沒有被及時GC，這裏就要求解決內存泄露的問題。

Java的內存泄露多半是因為對象存在無效的引用，對象得不到釋放，如果發現Java應用程序占用的內存出現了泄露的跡象，那麽我們一般采用下面的步驟分析：
1. 用工具生成java應用程序的heap dump（如jmap）
2. 使用Java heap分析工具（如MAT），找出內存占用超出預期的嫌疑對象
3. 根據情況，分析嫌疑對象和其他對象的引用關系。
4. 分析程序的源代碼，找出嫌疑對象數量過多的原因。

下面是具體的案例：

1. 登錄linux服務器，獲取tomcat的pid，命令：

ps -ef|grep java  

2. 利用jmap初步分析內存映射，命令：

jmap -histo:live 3514 | head -7  

第2行是我們業務系統的對象，通過這個對象的引用可以初步分析出到底是哪裏出現了引用未被垃圾回收收集，通知開發人員優化相關代碼。

3. 如果上面一步還無法定位到關鍵信息，那麽需要拿到heap dump，生成離線文件，做進一步分析，命令：

jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof 3514 

4. 拿到heap dump文件，利用eclipse插件MAT來分析heap profile。

a. 安裝MAT插件

b. 在IDEA裏切換到Memory Analysis視圖

c. 用MAT打開heap profile文件。

直接看到下面Action窗口，有4種Action來分析heap profile，介紹其中最常用的2種:

- Histogram：這個使用的最多，跟上面的jmap -histo 命令類似，只是在MAT裏面可以用GUI來展示應用系統各個類產生的實例。

Shllow Heap排序後發現 Cms_Organization 這個類占用的內存比較多（沒有得到及時GC），查看引用：

分析引用棧，找到無效引用，打開源碼：

內存溢出和泄露