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方法区和运行时常量池溢出

由于运行时常量池是方法区的一部分,因此这两个区域的溢出测试就放在一起进行。前面提到JDK 1.7开始逐步“去永久代”的事情,在此就以测试代码观察一下这件事对程序的实际影响。

String.intern()是一个Native方法,它的作用是:如果字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串,则返回代表池中这个字符串的String对象;否则,将此String对象包含的字符串添加到常量池中,并且返回此String对象的引用。在JDK 1.6及之前的版本中,由于常量池分配在永久代内,我们可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小,从而间接限制其中常量池的容量,如代码清单2-6所示。

代码清单2-6 运行时常量池导致的内存溢出异常

 1 /**   2  * VM Args:-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M  3  * @author zzm   4  */   5 public class RuntimeConstantPoolOOM {   6   7 public static void main(String[] args) {   8 // 使用List保持着常量池引用,避免Full GC回收常量池行为   9 List<String> list = new ArrayList<String>();  10 // 10MB的PermSize在integer范围内足够产生OOM了  11 int i = 0;   12 while (true) {  13 list.add(String.valueOf(i++).intern());  14 }  15 }  16 }  

运行结果:

  1. Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space  
  2. at java.lang.String.intern(Native Method)  
  3. at org.fenixsoft.oom.RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java:18)

从运行结果中可以看到,运行时常量池溢出,在OutOfMemoryError后面跟随的提示信息是“PermGen space”,说明运行时常量池属于方法区(HotSpot虚拟机中的永久代)的一部分。

而使用JDK 1.7运行这段程序就不会得到相同的结果,while循环将一直进行下去。关于这个字符串常量池的实现问题,还可以引申出一个更有意思的影响,如代码清单2-7所示。

代码清单2-7 String.intern()返回引用的测试

 1 public class RuntimeConstantPoolOOM {   2   3  public static void main(String[] args) {   4  public static void main(String[] args) {   5  String str1 = new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();   6  System.out.println(str1.intern() == str1);   7   8  String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();   9  System.out.println(str2.intern() == str2);  10  } }  11 }  

 

这段代码在JDK 1.6中运行,会得到两个false,而在JDK 1.7中运行,会得到一个true和一个false。产生差异的原因是:在JDK 1.6中,intern()方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中,返回的也是永久代中这个字符串实例的引用,而由StringBuilder创建的字符串实例在Java堆上,所以必然不是同一个引用,将返回false。而JDK 1.7(以及部分其他虚拟机,例如JRockit)的intern()实现不会再复制实例,只是在常量池中记录首次出现的实例引用,因此intern()返回的引用和由StringBuilder创建的那个字符串实例是同一个。对str2比较返回false是因为“java”这个字符串在执行StringBuilder.toString()之前已经出现过,字符串常量池中已经有它的引用了,不符合“首次出现”的原则,而“计算机软件”这个字符串则是首次出现的,因此返回true。

方法区用于存放Class的相关信息,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。对于这些区域的测试,基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区,直到溢出。虽然直接使用Java SE API也可以动态产生类(如反射时的GeneratedConstructorAccessor和动态代理等),但在本次实验中操作起来比较麻烦。在代码清单2-8中,笔者借助CGLib直接操作字节码运行时生成了大量的动态类。

值得特别注意的是,我们在这个例子中模拟的场景并非纯粹是一个实验,这样的应用经常会出现在实际应用中:当前的很多主流框架,如Spring、Hibernate,在对类进行增强时,都会使用到CGLib这类字节码技术,增强的类越多,就需要越大的方法区来保证动态生成的Class可以加载入内存。另外,JVM上的动态语言(例如Groovy等)通常都会持续创建类来实现语言的动态性,随着这类语言的流行,也越来越容易遇到与代码清单2-8相似的溢出场景。

代码清单2-8 借助CGLib使方法区出现内存溢出异常

 1 /**   2  * VM Args: -XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M  3  * @author zzm   4  */   5 public class JavaMethodAreaOOM {   6   7  public static void main(String[] args) {   8  while (true) {   9  Enhancer enhancer = new Enhancer();  10  enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);  11  enhancer.setUseCache(false);  12  enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {  13  public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {  14  return proxy.invokeSuper(obj, args);  15  }  16  });  17  enhancer.create();  18  }  19  }  20  21 static class OOMObject {  22  23 }  24 }  

运行结果:

  1. Caused by: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space  
  2. at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)  
  3. at java.lang.ClassLoader.defineClassCond(ClassLoader.java:632)  
  4. at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:616)  
  5. ... 8 more 

方法区溢出也是一种常见的内存溢出异常,一个类要被垃圾收集器回收掉,判定条件是比较苛刻的。在经常动态生成大量Class的应用中,需要特别注意类的回收状况。这类场景除了上面提到的程序使用了CGLib字节码增强和动态语言之外,常见的还有:大量JSP或动态产生JSP文件的应用(JSP第一次运行时需要编译为Java类)、基于OSGi的应用(即使是同一个类文件,被不同的加载器加载也会视为不同的类)等。

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