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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。