第2章 OOM异常代码实战指南

本文档说明 linsir-abc-core 模块中 JVM 内存溢出异常演示代码的结构、作用和执行方法。

一、代码结构

linsir-abc-core/src/main/java/com/linsir/abc/core/jvm/memory/
├── heap/
│   └── HeapOutOfMemory.java              # Java堆内存溢出
├── stack/
│   ├── StackOverflowError.java           # 栈深度溢出
│   └── StackOutOfMemory.java             # 栈内存溢出
├── methodarea/
│   ├── MethodAreaOutOfMemory.java        # 方法区(元空间)溢出
│   └── RuntimeConstantPoolOutOfMemory.java # 运行时常量池溢出
├── direct/
│   └── DirectMemoryOutOfMemory.java      # 直接内存(堆外内存)溢出
└── oom/
    └── OutOfMemoryTestRunner.java        # 统一测试运行器

1.1 包结构说明

包路径	说明
`com.linsir.abc.core.jvm.memory.heap`	堆内存相关演示
`com.linsir.abc.core.jvm.memory.stack`	栈内存相关演示
`com.linsir.abc.core.jvm.memory.methodarea`	方法区相关演示
`com.linsir.abc.core.jvm.memory.direct`	直接内存相关演示
`com.linsir.abc.core.jvm.memory.oom`	测试运行器

二、代码作用详解

2.1 HeapOutOfMemory - Java堆溢出

作用：演示Java堆内存溢出异常 (java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space)

原理：

不断创建占用内存的对象（每个对象约1MB）
使用List保持对象引用，防止被GC回收
当堆内存耗尽时触发OOM

关键代码：

java

static class MemoryObject {
    private final byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 1MB
}

while (true) {
    objectList.add(new MemoryObject());
}

2.2 StackOverflowError - 栈深度溢出

作用：演示栈深度溢出异常 (java.lang.StackOverflowError)

原理：

通过无限递归调用，每次调用在栈中创建一个栈帧
当栈深度超过虚拟机允许的最大深度时触发异常

关键代码：

java

public void recursiveCall() {
    stackLength++;
    recursiveCall();  // 无限递归
}

与StackOutOfMemory的区别：

StackOverflowError：单个线程的栈深度超过限制
OutOfMemoryError：无法为线程分配栈内存（创建过多线程）

2.3 StackOutOfMemory - 栈内存溢出

作用：演示无法创建新线程导致的OOM (java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread)

原理：

不断创建新线程，每个线程都需要分配独立的栈空间
当系统无法为更多线程分配栈内存时触发OOM

关键代码：

java

while (true) {
    Thread thread = new Thread(() -> dontStop());
    thread.start();
}

⚠️ 警告：在Windows平台运行可能导致系统假死，请谨慎测试。

2.4 MethodAreaOutOfMemory - 方法区溢出

作用：演示方法区(元空间)溢出 (java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace)

原理：

使用CGLib动态生成大量类
每个类都会加载到方法区(元空间)
当元空间耗尽时触发OOM

依赖：

xml

<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>3.3.0</version>
</dependency>

关键代码：

java

Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(TargetClass.class);
enhancer.setUseCache(false);  // 禁用缓存，确保每次都生成新类
enhancer.setCallback((MethodInterceptor) (obj, method, args, proxy) 
    -> proxy.invokeSuper(obj, args));
enhancer.create();

JDK版本差异：

JDK 7及之前：OutOfMemoryError: PermGen space
JDK 8+：OutOfMemoryError: Metaspace

2.5 RuntimeConstantPoolOutOfMemory - 运行时常量池溢出

作用：演示运行时常量池溢出

原理：

使用String.intern()方法将字符串添加到常量池
使用List保持引用，防止被GC回收

JDK版本差异：

JDK 6：字符串常量池在永久代，触发 PermGen space
JDK 7+：字符串常量池移到Java堆，触发 Java heap space

关键代码：

java

while (true) {
    String str = String.valueOf(i++).intern();
    stringList.add(str);
}

2.6 DirectMemoryOutOfMemory - 直接内存溢出

作用：演示直接内存(堆外内存)溢出 (java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory)

原理：

使用NIO的ByteBuffer.allocateDirect()分配直接内存
或使用Unsafe类直接分配堆外内存
当直接内存超过-XX:MaxDirectMemorySize限制时触发OOM

两种分配方式：

方式1：ByteBuffer（推荐）

java

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024); // 1MB

方式2：Unsafe（需要特殊权限）

java

Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
unsafeField.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
unsafe.allocateMemory(1024 * 1024);

2.7 OutOfMemoryTestRunner - 测试运行器

作用：提供统一的入口来运行各种OOM异常演示程序

支持的测试类型：

参数	说明
`heap`	Java堆溢出测试
`stack`	虚拟机栈溢出(StackOverflowError)测试
`stackoom`	虚拟机栈内存溢出(OutOfMemoryError)测试
`methodarea`	方法区溢出测试
`constantpool`	运行时常量池溢出测试
`direct`	直接内存溢出测试
`all`	运行所有测试

使用方式：

bash

# 命令行模式
java OutOfMemoryTestRunner heap

# 交互模式（不带参数）
java OutOfMemoryTestRunner

三、代码执行预期结果

3.1 编译项目

bash

cd linsir-abc/linsir-abc-core
mvn clean compile
mvn dependency:copy-dependencies -DoutputDirectory=target/lib

3.2 执行测试

1. Java堆溢出测试

执行命令：

bash

java -cp target/classes -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError \
  com.linsir.abc.core.jvm.memory.heap.HeapOutOfMemory

预期输出：

开始创建对象，准备触发堆内存溢出...
VM参数: -Xms20m -Xmx20m
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pidxxxx.hprof ...
Heap dump file created [xxxx bytes in x.xxx secs]
捕获到OutOfMemoryError: Java heap space
已创建对象数量: x
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

2. 栈深度溢出测试

执行命令：

bash

java -cp target/classes -Xss180k \
  com.linsir.abc.core.jvm.memory.stack.StackOverflowError

预期输出：

开始递归调用，准备触发栈溢出...
VM参数: -Xss180k
捕获到StackOverflowError
栈深度: xxxx
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.linsir.abc.core.jvm.memory.stack.StackOverflowError.recursiveCall(...)
    ...

3. 直接内存溢出测试

执行命令：

bash

java -cp target/classes -Xmx20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m \
  com.linsir.abc.core.jvm.memory.direct.DirectMemoryOutOfMemory

预期输出：

开始分配直接内存，准备触发OOM...
VM参数: -Xmx20m -XX:MaxDirectMemorySize=10m
分配方式: ByteBuffer
使用ByteBuffer.allocateDirect()分配直接内存...
已分配 10 MB 直接内存
捕获到OutOfMemoryError: Cannot reserve 1048576 bytes of direct buffer memory
已分配内存: 10 MB
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

4. 方法区溢出测试

执行命令：

bash

java --add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED \
  -cp "target/classes;target/lib/*" \
  -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m \
  com.linsir.abc.core.jvm.memory.methodarea.MethodAreaOutOfMemory

⚠️ 注意：JDK 9+ 需要添加 --add-opens 参数以允许CGLib访问内部API。

预期输出：

开始生成动态类，准备触发方法区内存溢出...
JDK 7 VM参数: -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
JDK 8+ VM参数: -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
已生成 100 个动态类
已生成 200 个动态类
...
已生成 800 个动态类
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

5. 运行时常量池溢出测试

执行命令：

bash

java -cp target/classes -Xms20m -Xmx20m \
  com.linsir.abc.core.jvm.memory.methodarea.RuntimeConstantPoolOutOfMemory

预期输出：

开始添加字符串到常量池，准备触发OOM...
JDK 6 VM参数: -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
JDK 7+ VM参数: -Xms20m -Xmx20m
已添加 10000 个字符串到常量池
已添加 20000 个字符串到常量池
...
已添加 360000 个字符串到常量池
捕获到OutOfMemoryError: Java heap space
已添加字符串数量: 360145
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

6. 使用测试运行器

执行命令：

bash

java -cp target/classes com.linsir.abc.core.jvm.memory.oom.OutOfMemoryTestRunner

交互模式示例：

==============================================
    JVM OutOfMemoryError 异常测试运行器
==============================================

用法: java OutOfMemoryTestRunner <测试类型>

支持的测试类型:
  heap - Java堆溢出 (Heap OOM)
  stack - 虚拟机栈溢出 (StackOverflowError)
  stackoom - 虚拟机栈内存溢出 (Stack OOM)
  methodarea - 方法区溢出 (Method Area OOM)
  constantpool - 运行时常量池溢出 (Constant Pool OOM)
  direct - 直接内存溢出 (Direct Memory OOM)
  all - 运行所有测试

请输入测试类型 (或输入 'exit' 退出): heap
启动测试: Java堆溢出 (Heap OOM)
----------------------------------------------
【Java堆溢出测试】
VM参数建议: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
...

四、JVM参数速查表

参数	说明	示例
`-Xms`	堆初始大小	`-Xms20m`
`-Xmx`	堆最大大小	`-Xmx20m`
`-Xss`	线程栈大小	`-Xss180k`
`-XX:MetaspaceSize`	元空间初始大小	`-XX:MetaspaceSize=10m`
`-XX:MaxMetaspaceSize`	元空间最大大小	`-XX:MaxMetaspaceSize=10m`
`-XX:MaxDirectMemorySize`	直接内存最大大小	`-XX:MaxDirectMemorySize=10m`
`-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`	OOM时生成堆转储	-
`--add-opens`	开放模块访问权限(JDK 9+)	`--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED`

五、注意事项

堆转储文件：使用 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数可以在OOM时自动生成 .hprof 文件，用于后续分析。
JDK版本差异：
- 永久代(PermGen) vs 元空间(Metaspace)：JDK 8将方法区从永久代移到元空间
- 字符串常量池位置：JDK 7从永久代移到Java堆
CGLib依赖：方法区溢出测试需要CGLib库，已添加到pom.xml。
模块系统(JDK 9+)：使用CGLib需要添加 --add-opens 参数开放内部API访问权限。
系统稳定性：StackOutOfMemory 测试可能导致系统假死，建议在隔离环境测试。

第2章 OOM异常代码实战指南 ​

一、代码结构 ​

1.1 包结构说明 ​

二、代码作用详解 ​

2.1 HeapOutOfMemory - Java堆溢出 ​

2.2 StackOverflowError - 栈深度溢出 ​

2.3 StackOutOfMemory - 栈内存溢出 ​

2.4 MethodAreaOutOfMemory - 方法区溢出 ​

2.5 RuntimeConstantPoolOutOfMemory - 运行时常量池溢出 ​

2.6 DirectMemoryOutOfMemory - 直接内存溢出 ​

2.7 OutOfMemoryTestRunner - 测试运行器 ​

三、代码执行预期结果 ​

3.1 编译项目 ​

3.2 执行测试 ​

1. Java堆溢出测试 ​

2. 栈深度溢出测试 ​

3. 直接内存溢出测试 ​

4. 方法区溢出测试 ​

5. 运行时常量池溢出测试 ​

6. 使用测试运行器 ​

四、JVM参数速查表 ​

五、注意事项 ​

第2章 OOM异常代码实战指南

一、代码结构

1.1 包结构说明

二、代码作用详解

2.1 HeapOutOfMemory - Java堆溢出

2.2 StackOverflowError - 栈深度溢出

2.3 StackOutOfMemory - 栈内存溢出

2.4 MethodAreaOutOfMemory - 方法区溢出

2.5 RuntimeConstantPoolOutOfMemory - 运行时常量池溢出

2.6 DirectMemoryOutOfMemory - 直接内存溢出

2.7 OutOfMemoryTestRunner - 测试运行器

三、代码执行预期结果

3.1 编译项目

3.2 执行测试

1. Java堆溢出测试

2. 栈深度溢出测试

3. 直接内存溢出测试

4. 方法区溢出测试

5. 运行时常量池溢出测试

6. 使用测试运行器

四、JVM参数速查表

五、注意事项