Java內(nèi)存不足PermGen space錯(cuò)誤探究

錢宇虹

摘要：Java程序運(yùn)行時(shí)可能會(huì)遇到j(luò)ava.lang.OutOfMemoryError： PermGen space錯(cuò)誤；JavaEE服務(wù)器（如tomcat、jboss等）在加載war包或ear包時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，這些都是由于永久保存區(qū)域內(nèi)存不足導(dǎo)致的。本文分析了Java程序的運(yùn)行機(jī)制和JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，解釋了什么是permanent generation space，分析了PermGen space錯(cuò)誤的常見(jiàn)原因，并給出避免這一錯(cuò)誤的解決辦法。

關(guān)鍵詞：JVM； 類加載器； OutOfMemoryError：PermGen space

Java 程序的運(yùn)行機(jī)制與普通程序，如C或C++ 程序的運(yùn)行機(jī)制有很大的區(qū)別。

普通程序運(yùn)行之前必須首先編譯成可執(zhí)行的二進(jìn)制碼或機(jī)器碼。機(jī)器碼是與底層的硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)的，即使書寫源代碼的時(shí)候沒(méi)有利用平臺(tái)特定的擴(kuò)展語(yǔ)言，如特定的文件訪問(wèn)或圖形用戶界面，生成的機(jī)器碼仍然被綁定到一個(gè)特定的硬件平臺(tái)，從而只能運(yùn)行在那個(gè)體系結(jié)構(gòu)上，也就是說(shuō)，為Sun工作站編譯的機(jī)器碼不能運(yùn)行在PC機(jī)上，為PC機(jī)編譯的機(jī)器碼不能運(yùn)行在蘋果機(jī)上，以此類推。

與此相反，Java源代碼不是為某種特定平臺(tái)編譯的，而是編譯成與平臺(tái)無(wú)關(guān)的字節(jié)碼（Byte Code），這種字節(jié)碼叫做Java Class（Java 類文件） 。在任何一種操作系統(tǒng)平臺(tái)上的字節(jié)碼都是一樣的，因此都可以在任何支持Java 虛擬機(jī)（JVM）的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。JVM 直接受操作系統(tǒng)控制（而不是Java程序直接受操作系統(tǒng)控制），它負(fù)責(zé)將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成在特定平臺(tái)上能夠運(yùn)行的機(jī)器碼。正是由于這個(gè)原因，Java做到了“write once， run anywhere”（書寫一次，到處運(yùn)行）[1]。

運(yùn)行Java程序時(shí)，首先需要由JVM把Java class加載到JVM里面。通常情況下，我們不會(huì)去關(guān)注JVM的內(nèi)部工作細(xì)節(jié)而只是直接拿來(lái)使用。然而，作為一個(gè)Java開(kāi)發(fā)人員，你經(jīng)常會(huì)遇到與內(nèi)存相關(guān)的性能問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題最可怕的就是OutOfMemoryError：PermGen space錯(cuò)誤。

這個(gè)錯(cuò)誤通常會(huì)在以下三種情況下發(fā)生（服務(wù)器以Tomcat為例）：

（1）應(yīng)用程序加載了大量的類。

（2）在單一的Tomcat實(shí)例下運(yùn)行多個(gè)Web應(yīng)用程序。

（3）在運(yùn)行的Tomcat實(shí)例中反復(fù)“熱部署”Web應(yīng)用程序。

下面我們對(duì)該錯(cuò)誤進(jìn)行探究，分析該錯(cuò)誤的常見(jiàn)原因，并給出避免這一錯(cuò)誤的解決辦法。

1.JVM 的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

為了理解這一錯(cuò)誤，我們必須了解JVM的內(nèi)存是如何構(gòu)造的。

JVM有兩個(gè)內(nèi)存區(qū)域，一個(gè)是堆（heap），另一個(gè)是棧（stack）。局部的變量和方法駐留在棧里面，其余的一切都駐留在堆中。

Java的堆又進(jìn)一步按照區(qū)域進(jìn)行組織，這些區(qū)域被稱為generation。一個(gè)對(duì)象在JVM存在的時(shí)間越長(zhǎng)，它被升遷到老的generation中的幾率就越高。年輕的generation要比老的generation更多地被垃圾回收。同時(shí)還存在一些單獨(dú)的堆空間，被稱為永久保存區(qū)域（permanent generation），它們不屬于Java堆的一部分，用來(lái)存放類和類的描述。

類加載器的工作是不斷地部署和取消部署Java類。例如，將一個(gè)Web應(yīng)用程序部署到Web服務(wù)器或取消部署。在Web服務(wù)器上，所有應(yīng)用程序都有自己的類加載器，部署或取消部署應(yīng)用程序時(shí)，它的類定義和類加載器分別投入到永久保存區(qū)域中或者從永久保存區(qū)域中刪除。

2.OutOfMemoryError： PermGen space

當(dāng)永久保存區(qū)域的空間耗盡時(shí)OutOfMemoryError： PermGen space就會(huì)發(fā)生，這個(gè)錯(cuò)誤一般是由于內(nèi)存泄漏導(dǎo)致的。所謂內(nèi)存泄漏，是指java類和類加載器在被取消部署后不能被垃圾回收[2]。怎么會(huì)發(fā)生這種情況呢？舉個(gè)例子：假如我們有一個(gè)Student類，這個(gè)類是Web應(yīng)用程序jar包的一部分，同時(shí)在Web服務(wù)器的lib文件夾中包含了某種日志框架，其中有一個(gè)Log類提供register方法調(diào)用，從而使得別的類通過(guò)注冊(cè)就可以使用日志功能。如果Student類被注冊(cè)了，那么Log類就開(kāi)始擁有了一個(gè)對(duì)Student對(duì)象的引用（reference）。當(dāng)Student類取消部署時(shí)，它仍然是注冊(cè)Log類的，Log類仍然擁有對(duì)Student對(duì)象的引用，因此，Student對(duì)象永遠(yuǎn)不會(huì)被垃圾回收。此外，由于Student對(duì)象擁有一個(gè)對(duì)它的ClassLoader的引用，所以ClassLoader本身永遠(yuǎn)也不會(huì)被垃圾回收，從而導(dǎo)致由它加載的所有類都不會(huì)被回收。

一個(gè)更為典型的例子是使用代理對(duì)象。Spring和Hibernate常常為某些類生成代理類，這些代理類也是通過(guò)類加載器加載的，并且存儲(chǔ)在永久保存區(qū)域的堆空間，它們永遠(yuǎn)不會(huì)被丟棄，從而會(huì)導(dǎo)致永久保存區(qū)域的堆空間被填滿。

3.如何避免永久保存區(qū)域內(nèi)存不足

3.1 增加PermGen堆的最大尺寸

當(dāng)遇到j(luò)ava.lang.OutOfMemoryError：PermGen space錯(cuò)誤時(shí)，我們可以做的第一件事情是增加永久保存區(qū)域的最大尺寸，該尺寸的缺省設(shè)置是64 M，我們可以將它設(shè)置成128 M以上。這個(gè)工作不能通過(guò)常規(guī)的JVM參數(shù) -Xms（設(shè)置初始堆大小）和-Xmx（設(shè)置最大堆大?。﹣?lái)完成，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)提到，永久保存區(qū)域完全獨(dú)立于普通的Java堆，這些參數(shù)是用來(lái)設(shè)置普通的Java堆的。不過(guò)也有類似參數(shù)用于設(shè)置永久保存區(qū)域的規(guī)模：

java-XX：MaxPermSize=128 M

該設(shè)置將永久保存區(qū)域設(shè)置為128 M，這個(gè)大小是默認(rèn)設(shè)置的兩倍。

對(duì)于Tomcat服務(wù)器，則需要修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh

SET JAVA_OPTS=-XX：PermSize=64 M -XX：MaxPermSize=128 M [3]

3.2 避免使用靜態(tài)字段

確保在編寫Java類時(shí)，不要使用靜態(tài)變量作為對(duì)其他對(duì)象的引用。

3.3使用JDK動(dòng)態(tài)代理，而不是CGLIB代理

一些第三方的框架，如CGLIB會(huì)吞食大量的PermGen。因此，當(dāng)遇到PermGen錯(cuò)誤時(shí)，應(yīng)盡快升級(jí)cglib到最新版；改用JDK動(dòng)態(tài)代理，也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

3.4更新到最新版本Hibernate3.2

此外，新版本的Hibernate不再使用CGLIB作為字節(jié)碼提供者了，所以及時(shí)升級(jí)Hibernate，會(huì)大大降低出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。

3.5共用的jar文件放到共享目錄下

如果在服務(wù)器上同時(shí)發(fā)布了多個(gè)應(yīng)用，那么應(yīng)該把共用的jar文件放到所有應(yīng)用都可以訪問(wèn)的目錄下。針對(duì)Tomcat而言，如果Tomcat下面有多個(gè)應(yīng)用，應(yīng)盡可能地把lib目錄下共用的jar文件放到Tomcat的common＼lib或shared＼lib下，以避免重復(fù)發(fā)布，發(fā)布速度和運(yùn)行速度上也會(huì)有所提升。

4.結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)存不足問(wèn)題是潛伏較深的問(wèn)題，且不容易解決。一般情況下，當(dāng)發(fā)生該錯(cuò)誤的時(shí)候，需要確定為什么某些類不被垃圾回收，只有這樣做才能夠消除這個(gè)錯(cuò)誤。

參考文獻(xiàn)

[1] Jacquie Barker.Beginning Java Objects From Concept to Code[M] . Birmingham， UK. Published by Wrox Press Ltd.，2000.

[2]Oracle Docs， Chapter 3， Troubleshooting Memory Leaks，

http：//docs.oracle.com/javase/7/docs/webnotes/tsg/TSG-VM/html/memleaks.html.

[3] Eric Simmerman，Preventing Java's java.lang.OutOfMemoryError： PermGen space failure [EB]，2006.