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title: 'JVM 崩潰測試 - OOM'
disqus: kyleAlien
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JVM 崩潰測試 - OOM
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## OverView of Content

以下使用 eclipse Java IDE，並透過調整編譯運行參數 (VM argument) 來測試 JVM `OutOfMemoryError` 異常

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[TOC]

## JVM 內存分配

:::success
詳細請看 [**Java 內存策略**](https://hackmd.io/12h2jhr3RM-0jm8Wduxk9g?view#Java-%E5%85%A7%E5%AD%98-amp-OOM) 篇
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## Java 堆

首先關注物件最常存在的區域 **Java 堆**，通常也就是這個區塊造成的 OOM

### Java 堆溢出 - OutOfMemoryError

* 首先設定 `VM argument` 限制 Java 堆的大小改為不可拓展 (上下線設置相同)，並在 Heap 崩潰時，會匯出崩潰資訊

| 參數 | 功能 |
| -------- | -------- |
| -Xms20m | Heap 最小值設定為 20m |
| -Xmx20m | Heap 最大值設定為 20m |
| -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError | Heap 崩潰時，會匯出崩潰資訊 |

* Java 堆溢出很容易，只要不斷創建對象即可，不過該對象必須要有連結，否則會被 GC 回收；以下使用 ArrayList 連接所有對象

    public class HeapOOM {

        private static final class OOMObject {
        }

        public static void main(String[] args) {

            List<OOMObject> list = new ArrayList<>();

            while(true) {
                list.add(new OOMObject());
            }

        }

    }

> 

* 錯誤輸出在專案根目錄下，副檔名為 `.hprof`

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* 可以使用 `MemoryAnalyzer` 查看

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## 虛擬機 & 本地方法棧

本地方法對於 Hotspot 來講沒有區分本地方法、虛擬機棧，**只能透過 `-Xss` 來設置**

:::warning
雖然有 `-Xoss` 參數來限制本地方法，但是在 Hotspot 內沒有用 ! (因為它沒實現)
:::

### 虛擬機棧 - Heap 深度 StackOverflow

* 關於 JVM 棧的異常有兩種

1. **StackOverflow 異常** (目前說明狀況)：Thread 請求的棧深度大於 JVM 規定，就會拋出此異常

2. **OutOfMemoryError 異常**：如果使用的 JVM 棧允許動態擴展，當無法申請到拓展內存時，就會拋出此異常

:::danger
* HotSpot 預設是無法動態拓展的；

> 像是 `Classic 虛擬機` 就可以調整

* 除了 Thread 以外，Thread 大部分會拋出 `StackOverflow` 異常，除非在最一開始申請 Thread 物件時失敗會拋出 `OutOfMemoryError`
:::

* 設定棧參數 `VM argument` 限定其大小

| 參數 | 功能 |
| -------- | -------- |
| -Xss180k | Stack 深度設定設定為 180k |

:::warning
* **每個 OS 平台下對應的 JVM Stack 最小深度也不同**
:::

* 透過遞迴呼叫來產生 StackOverflow 問題

    public class JavaSMStackSOF {

        private int stackDeep = 0;

        public void parser(String str) {
            ++stackDeep;
            System.out.println("Deep: " + stackDeep);
            parser(str);
        }

        public static void main(String[] args) {
            JavaSMStackSOF s = new JavaSMStackSOF();
            s.parser("StackOverflow");

        }

    }

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### 虛擬機棧 - 方法區 StackOverflow

* 當 Thread 執行函數時，會分配一個 **棧楨** 大小，**當超出棧楨大小時，就會出現 StackOverflow 錯誤**

* 設定棧參數 `VM argument` 限定其大小

| 參數 | 功能 |
| -------- | -------- |
| -Xss180k | Stack 大小設定設定為 180k |

:::warning
* 每個 OS 平台下對應的 JVM Stack 最小深度也不同
:::

* 設定過多的區域變數，並超出 Stack 限制的大小

    import java.util.Arrays;

    public class JavaSMStackSOF_2 {

        private int stackDeep = 0;

        public void localVar() {

            long num1, num2, num3, num4, num5, num6, num7, num8, num9, num10, 
            num11, num12, num13, num14, num15, num16, num17, num18, num19, num20, 
            num21, num22, num23, num24, num25, num26, num27, num28, num29, num30, 
            num31, num32, num33, num34, num35, num36, num37, num38, num39, num40, 
            num41, num42, num43, num44, num45, num46, num47, num48, num49, num50, 
            num51, num52, num53, num54, num55, num56, num57, num58, num59, num60, 
            num61, num62, num63, num64, num65, num66, num67, num68, num69, num70, 
            num71, num72, num73, num74, num75, num76, num77, num78, num79, num80, 
            num81, num82, num83, num84, num85, num86, num87, num88, num89, num90, 
            num91, num92, num93, num94, num95, num96, num97, num98, num99, num100;

            ++stackDeep;

            localVar();

            num1= num2= num3= num4= num5= num6= num7= num8= num9= num10= 
            num11= num12= num13= num14= num15= num16= num17= num18= num19= num20= 
            num21= num22= num23= num24= num25= num26= num27= num28= num29= num30= 
            num31= num32= num33= num34= num35= num36= num37= num38= num39= num40= 
            num41= num42= num43= num44= num45= num46= num47= num48= num49= num50= 
            num51= num52= num53= num54= num55= num56= num57= num58= num59= num60= 
            num61= num62= num63= num64= num65= num66= num67= num68= num69= num70= 
            num71= num72= num73= num74= num75= num76= num77= num78= num79= num80= 
            num81= num82= num83= num84= num85= num86= num87= num88= num89= num90= 
            num91= num92= num93= num94= num95= num96= num97= num98= num99= num100 = 0;

        }

        public static void main(String[] args) {
            JavaSMStackSOF_2 s = new JavaSMStackSOF_2();
            s.localVar();

        }

    }

:::danger
* 不能用 `new` 關鍵字，不然會變為 `OutOfMemoryError` 錯誤
:::
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### Thread StackOverflow

* 上面有提過每個 Thread 都有自己的 Stack，而對於記憶體來說它占的空間很其實不大，假設 Window 為每個 Process 分配 2G 的空間

> 

扣除 `方法區`、`Java 堆區` (忽略程序計數器，因為太小) 才是 `本地方法`、`虛擬機 Stack` 的大小

* 設定棧參數 `VM argument` 限定其大小

| 參數 | 功能 |
| -------- | -------- |
| -Xss100M | Stack 大小設定設定為 100M |

    public class JavaVMStackOOM implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                // nothing todo
            }
        }

        public void makeThread() {
            while(true) {
                new Thread(this).start();
            }
        }

        public static void main(String[] args) {
            JavaVMStackOOM s = new JavaVMStackOOM();
            s.makeThread();

        }

    }

:::danger
* 這段程式很危險，可能會造成電腦假死崩潰

但透過 Stack 概念的計算我們可以知道，如果 **想分配更多的 Thread，可以減少 Stack 空間 or 減少 Heap 大小**
:::

## 方法區 & 運行時常量

方法區是運行時常量內的一個區塊，這個兩區塊可以放到一起，如果要使用 String 來測試運行時常量，需要使用 `JDK6`

> `JDK7` 部分移除 、`JDK8` 已完全移除
>
> 

### JDK6 - String#intern 常量區溢出

:::info
以下使用 [**`JDK6`**](https://www.oracle.com/tw/java/technologies/javase-java-archive-javase6-downloads.html) 虛擬機測試
:::

* 設定永久區參數 `VM argument` 限定其大小

| 參數 | 功能 |
| -------- | -------- |
| -XX:MaxPermSize=6M | 永久代最大設為 6M |
| -XX:PermSize=6M | 永久代空間設為 6M |

* **String#intern 方法**：該方法是一個 Native 方法，並且會將新 String 放置到常量池中 (如果常量池內有相同的，就直接返回)，以此方法來來測試方法區崩潰的情況

    import java.util.HashSet;
    import java.util.Set;

    public class RuntimeConstantPoolOOM {

        public static void main(String[] args) {

            Set<String> set = new HashSet<String>();

            int i = 0;
            while(true) {
                set.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
        }

    }

> 

:::info

* 使用 JDK6 錯誤內容是 `PermGen space` OOM，但如果使用 **JDK7、8 就不會有這個錯誤，因為 JVM 將 字串移至 ++Java 堆++中**

:::

### JDK6 vs. JDK7 - String#intern 比較

* 看看不同 JDK 對於同方法的影響，以下使用不同 JDK 來運行相同程式 (觀察 `String#intern` 方法)，測試 JDK 實現的不同造成的影響

    public static void main(String[] args) {
        
        String x = "java";

        String str1 = new StringBuilder("在這座城市").append("遺失了你").toString();
        System.out.println(str1.intern() == str1);

        
        String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
        System.out.println(str2.intern() == str2);

    }

1. 使用 JDK6 運行結果：**`String#intern` 拷貝會將所有字符串常量放置永久區**，所以 `在這座城市`、`遺失了你`、`在這座城市遺失了你` 是三個字符串常量，所以一定不同 (第二個比較也一樣)

> 

2. 使用 JDK7 運行結果：`String#intern` 不用將字符串拷貝到常量區，**字符串連帶對象會放到 Heap 堆區**，所以在第一次出現字符串時才會到字符串放到常量區

* 簡單來說在實際產生字符串前 **`在這座城市`、`遺失了你` 放在 ++堆區++**

* 首次調用 `String#intern` 時產生的 **`在這座城市遺失了你` 才放置到 ++常量池++**，`String#intern` 返回的字符串的引用相同

* 也就是首次調用 intern 會才在常量區建立物件，而 `java` 已經在呼叫前建立過，所以 intern 會傳回不同引用

> 

:::info
* `java` 字符串之前已經出現過，再次調用 `String#intern` 時產生的引用就會不同
> 也就是常量區會有兩個 `java` 常量，一個是編譯時產生、令一個是運行時產生
:::

### 方法區 - 主要內容

* Java 方法區會放置 `類名`、`訪問修飾符`、`常量池`、`Field 字段描述`、`Method 方法描述`... 等等

* 如果方法區資料過多就也會產生 OOM

## 本地方法溢出

測試本地方法的呼叫 JVM 是否會產生 OOM

### 本地方法 - OutOfMemoryError

* 設定本地方法參數 `VM argument` 限定其大小

| 參數 | 功能 | 補充 |
| -------- | -------- | - |
| -XX:MaxDirectMemorySize=1M | 設定本地棧大小為 1M | 如果沒有設置就會以棧大小 `-Xmx` 設定為準 |

    import sun.misc.Unsafe;

    import java.lang.reflect.Field;

    public class DirectMemoryOOM {
        private static final int _1MB = 1024 * 1024;

        public static void main(String[] args) throws Exception {
            Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
            unsafeField.setAccessible(true);

            Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
            while(true) {
                unsafe.allocateMemory(_1MB);
            }

        }

    }

> 

:::danger

* 本地方法 OOM 時匯出檔案的特色

在分析 Dump 出的檔案時最大的特色就是，**啥都沒有 !** 因為 JVM 不會限制到 Native 層的程式
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## Appendix & FAQ

:::info
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###### tags: `JVM`