JVM问题情景分析

摘要：问题分析之死锁产生死锁必须同时满足以下四个条件互斥条件一段时间内某资源只能被一个线程进程占有，若有其他请求线程只能等待。问题分析之内存泄露内存溢出堆内存溢出内存泄露指的是申请内存后无法释放该内存。

产生死锁必须同时满足以下四个条件：

互斥条件：一段时间内某资源只能被一个线程（进程）占有，若有其他请求线程只能等待。

不剥夺条件：一个线程占用某资源后只能该线程自己释放资源，不能被其他线程夺走。

请求和保持条件：一个线程去申请另外一个资源的时候，继续占有已分配的资源。

循环等待条件：存在一个处于等待状态的线程集合{p1,...,pi,..}，pi等待的资源被p(i+1)占有。

简单点说，对于两个线程A,B而言,先有线程A占有锁X，线程B占有锁Y，然后A继续申请锁Y，B继续申请锁X，但由于此时锁Y已经被B占有，A只能等待B释放锁Y，同理B也在等待A释放锁X。此时形成了一个线程分别等待对方释放锁的状况，即产生了死锁。

public class DeadLock {
    private static Lock lockA = new ReentrantLock();
    private static Lock lockB = new ReentrantLock();
    
    /*private static Object monitor1 = new Object();
    private static Object monitor2 = new Object();*/

    public static void main(String[] args)  {
        
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        new ThreadA().start();
        new ThreadB().start();
        
    }
    
    static class ThreadA extends Thread{
        
        @Override
        public void run() {
            lockA.lock();
            try {
                Thread.sleep(2000);
                
                lockB.lock();
                System.out.println("in lockB");
                lockB.unlock();
                
            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            }finally{
                lockA.unlock();
            }
            
        /*    synchronized (monitor1) {
            
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                
                synchronized (monitor2) {
                    System.out.println("in monitor2");
                }
                
                
            }*/
            
        }
        
        
    }
    
    
    static class ThreadB extends Thread{
        
        @Override
        public void run() {
            lockB.lock();
            
            try{
                
                Thread.sleep(4000);
                
                lockA.lock();
                System.out.println("in lockA");
                lockA.unlock();
                
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            }finally{
                lockB.unlock();
            }
            
        /*    synchronized (monitor2) {
                try {
                    Thread.sleep(4000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                
                synchronized(monitor1){
                    System.out.println("in monitor2");
                }
            }
            */
            
        }
        
    }
}

上面代码是一个简单的例子，产生死锁一般可以用jstack命令生成线程快照来分析，当然更好用的有jdk自带的visualVM图形化工具。在java_home目录下的bin文件夹里面，可以找到jvisualVM。在linux下可以使用命令行：

cd $JAVA_HOME/bin
./jvisualvm&

当然JAVA_HOME一般都export到PATH下了，可以直接命令行输入

jvisualvm&

在visualVM中进入对应的进程，可以看到visualVM直接帮助我们检测到了死锁：

点击线程dump按钮，查看dump堆文件：

由于这里的死锁程序使用的Lock锁，可以看到两个线程Thread-0，Thread-1的状态为WAITING（如果使用上面程序注释掉的synchronized锁，线程状态为阻塞）。Thread-1已拥有锁的id为<...71bc8>，等待锁id为<...73008>，相反Thread-0拥有锁<...73008>，正在等待锁<...71bc8>。

内存泄露memory leak:指的是申请内存后无法释放该内存。在java当中指的是存在无用，而且是可达的（导致jvm无法回收）的对象。
内存溢出out of memory:指的是申请内存时，已没有足够的内存空间供使用。
内存泄露如果大量的堆积，消耗足够多的内存，最后会产生内存溢出。

下面是一个内存泄露最终导致内存溢出的例子：

public class MemoryLeak {
    public static void main(String[] args) {
        sleep(9000);
        Vector v = new Vector();
        long count = 0;
        while (true) {
            Object o = new Object();
            v.add(o);
            o = null;
            count++;
            if (count % 100 == 0) {
                System.out.println("vector size: " + v.size());
                long freeMem = Runtime.getRuntime().freeMemory()
                        / (1024 * 1024);
                System.out.println("freeMemory is " + freeMem + "M in count->"
                        + count);
            }
        }
    }

    private static void sleep(long millis) {
        try {
            Thread.sleep(millis);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我们加上jvm启动参数，将最小和最大堆大小均设为20M:

-Xms20m -Xmx20m

最后得到溢出异常：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)
  at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)
  at java.util.Vector.grow(Vector.java:266)
  at java.util.Vector.ensureCapacityHelper(Vector.java:246)
  at java.util.Vector.add(Vector.java:782)
  at com.ethfoo.jvm.MemoryLeak.main(MemoryLeak.java:17)

代码当中我们不停的往Vector里面加Object对象，并且每个对象的引用o置为null。我们假设这些Object已是无用对象，虽然我们将o置为null，但其实Vector里面仍然保存每个Object对象的引用，所以Object对jvm来说是可达的，jvm无法对其进行回收。

在jvm规范中，方法区主要存放的是类信息、常量、静态变量等。
所以如果程序加载的类过多，或者使用反射、gclib等这种动态代理生成类的技术，就可能导致该区发生内存溢出，一般该区发生内存溢出时的错误信息为：

outOfMemoryError：permgem space

可以使用jvm参数调整方法区的大小分配：

-XX:PermSize    -XX:MaxPermSize

一般线程栈溢出是由于递归太深或方法调用层级过多导致的。
可以使用以下参数来调整栈大小的分配，线程栈越大递归调用的深度越大，但同时由于总的内存大小限制，会使总体能够启动的线程数目减小。

-Xss

试运行以下代码，直接分配大量堆外内存：

public static void main(String args[]){
    for(int i=0; i<3024; i++){
            ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*1024);
            System.out.println(i);
            //System.gc();
    }
}

最后导致结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory   
at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:658)  
at java.nio.DirectByteBuffer.(DirectByteBuffer.java:123) 
at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311)  
at com.ethfoo.jvm.OutOfMemory.directMemeory(OutOfMemory.java:28)  
at com.ethfoo.jvm.OutOfMemory.main(OutOfMemory.java:10)

需要注意的是，直接内存是无法触发jvm的内存回收机制的，直接内存可以被垃圾收集器回收，但是只能是由堆中内存触发gc，同时顺便对直接内存进行垃圾收集清理。