Tomcat本身不能直接在計算機上運行，需要依賴于硬件基礎(chǔ)之上的操作系統(tǒng)和一個Java虛擬機。Tomcat的內(nèi)存溢出本質(zhì)就是JVM內(nèi)存溢出，所以在本文開始時，應(yīng)該先對Java JVM有關(guān)內(nèi)存方面的知識進行詳細介紹。

一、Java JVM內(nèi)存介紹

JVM管理兩種類型的內(nèi)存，堆和非堆。

按照官方的說法：“Java 虛擬機具有一個堆，堆是運行時數(shù)據(jù)區(qū)域，所有類實例和數(shù)組的內(nèi)存均從此處分配。堆是在 Java 虛擬機啟動時創(chuàng)建的。”“在JVM中堆之外的內(nèi)存稱為非堆內(nèi)存(Non-heap memory)”。

簡單來說堆就是Java 代碼可及的內(nèi)存，是留給開發(fā)人員使用的；

非堆就是JVM留給自己用的，所以方法區(qū)、JVM內(nèi)部處理或優(yōu)化所需的內(nèi)存(如JIT編譯后的代碼緩存)、每個類結(jié)構(gòu) (如運行時常數(shù)池、字段和方法數(shù)據(jù))以及方法和構(gòu)造方法的代碼都在非堆內(nèi)存中，它和堆不同，運行期內(nèi)GC不會釋放其空間。

1. 堆內(nèi)存分配

JVM初始分配的內(nèi)存由-Xms指定，默認是物理內(nèi)存的1/64；

JVM最大分配的內(nèi)存由-Xmx指定，默認是物理內(nèi)存的1/4。

默認空余堆內(nèi)存小于 40%時，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制；

空余堆內(nèi)存大于70%時，JVM會減少堆直到-Xms的最小限制。

因此服務(wù)器一般設(shè)置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC后調(diào)整堆的大小。可以利用JVM提供的-Xms -Xmx等選項可進行堆內(nèi)存設(shè)置，建議堆的最大值設(shè)置為可用內(nèi)存的最大值的80%。

初始化堆的大小是JVM在啟動時向系統(tǒng)申請的內(nèi)存的大小。一般而言，這個參數(shù)不重要。但是有的應(yīng)用 程序在大負載的情況下會急劇地占用更多的內(nèi)存，此時這個參數(shù)就是顯得非常重要，如果JVM啟動時設(shè)置使用的內(nèi)存比較小而在這種情況下有許多對象進行初始化，JVM就必須重復(fù)地增加內(nèi)存來滿足使用。由于這種原因，我們一般把-Xms和-Xmx設(shè)為一樣大，而堆的最大值受限于系統(tǒng)使用的物理內(nèi)存。一般使用數(shù)據(jù)量較大的應(yīng)用程序會使用持久對象，內(nèi)存使用有可能迅速地增長。當應(yīng)用程序需要的內(nèi)存超出堆的最大值時JVM就會提示內(nèi)存溢出，并且導(dǎo)致應(yīng)用服務(wù)崩潰。所 以，如果Xms超過了Xmx值，或者堆最大值和非堆最大值的總和超過了物理內(nèi)存或者操作系統(tǒng)的最大限制都會引起服務(wù)器啟動不起來。

2. 非堆內(nèi)存分配
也叫永久保存的區(qū)域，用于存放Class和Meta信息,Class在被Load的時候被放入該區(qū)域。它和存放類實例(Instance)的Heap區(qū)域不同,GC(Garbage Collection)不會在主程序運行期對 永久保存區(qū)域（ PermGen space）進行清理。

JVM使用-XX:PermSize設(shè)置非堆內(nèi)存初始值，默認是物理內(nèi)存的1/64；

JVM使用 -XX:MaxPermSize設(shè)置最大非堆內(nèi)存的大小，默認是物理內(nèi)存的1/4。

GC不會對PermGen space進行清理，所以如果你的APP會LOAD很多CLASS的話,就很可能出現(xiàn)PermGen space錯誤。

3. JVM內(nèi)存限制(最大值)?

首先JVM內(nèi)存限制于實際的最大物理內(nèi)存（廢話！呵呵），假設(shè)物理內(nèi)存無限大的話，JVM內(nèi)存的最大值跟操作系統(tǒng)有很大的關(guān)系。簡單的說就32位處理器雖然可控內(nèi)存空間有4GB,但是具體的操作系統(tǒng)會給一個限制，這個限制一般是2GB-3GB（一般來說Windows系統(tǒng)下為1.5G-2G，Linux系 統(tǒng) 下為2G-3G），而64bit以上的處理器就不會有限制了。

二、三種內(nèi)存溢出異常介紹

1. OutOfMemoryError： Java heap space?? 堆溢出

內(nèi)存溢出主要存在問題就是出現(xiàn)在這個情況中。當在JVM中如果98％的時間是用于GC且可用的 Heap size 不足2％的時候?qū)伋龃水惓Ｐ畔ⅰ?

2. OutOfMemoryError： PermGen space?? 非堆溢出（永久保存區(qū)域溢出）

這種錯誤常見在web服務(wù)器對JSP進行pre compile的時候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方j(luò)ar, 其大小超過了jvm默認的大小(4M)那么就會產(chǎn)生此錯誤信息了。如果web app用了大量的第三方j(luò)ar或者應(yīng)用有太多的class文件而恰好MaxPermSize設(shè)置較小，超出了也會導(dǎo)致這塊內(nèi)存的占用過多造成溢出，或者 tomcat熱部署時侯不會清理前面加載的環(huán)境，只會將context更改為新部署的，非堆存的內(nèi)容就會越來越多。

3. OutOfMemoryError： unable to create new native thread.?? 無法創(chuàng)建新的線程

這種現(xiàn)象比較少見，也比較奇怪，主要是和jvm與系統(tǒng)內(nèi)存的比例有關(guān)。這種怪事是因為JVM已經(jīng)被系統(tǒng)分配了大量的內(nèi)存（比如1.5G），并且它至少要占用可用內(nèi)存的一半。

三、Java JVM內(nèi)存配置

1. JVM內(nèi)存分配設(shè)置的參數(shù)

-Xmx??? Java Heap最大值，默認值為物理內(nèi)存的1/4；

-Xms??? Java Heap初始值，Server端JVM最好將-Xms和-Xmx設(shè)為相同值，開發(fā)測試機JVM可以保留默認值；

-Xmn??? Java Heap Young區(qū)大小，不熟悉最好保留默認值；

-Xss????? 每個線程的Stack大小，不熟悉最好保留默認值；

-XX:PermSize：設(shè)定內(nèi)存的永久保存區(qū)域；?

-XX:MaxPermSize：設(shè)定最大內(nèi)存的永久保存區(qū)域；

-XX:NewSize：設(shè)置JVM堆的‘新生代’的默認大小；

-XX:MaxNewSize：設(shè)置JVM堆的‘新生代’的最大大小；

2. 如何設(shè)置JVM的內(nèi)存分配

（1）當在命令提示符下啟動并使用JVM時（只對當前運行的類Test生效）：

      java -Xmx128m -Xms64m -Xmn32m -Xss16m Test
    

（2）當在集成開發(fā)環(huán)境下（如eclipse）啟動并使用JVM時：

          a. 在eclipse根目錄下打開eclipse.ini，默認內(nèi)容為（這里設(shè)置的是運行當前開發(fā)工具的JVM內(nèi)存分配）：-vmargs -Xms40m -Xmx256m 
      

      　　　　-vmargs表示以下為虛擬機設(shè)置參數(shù)，可修改其中的參數(shù)值，也可添加-Xmn，-Xss，另外，eclipse.ini內(nèi)還可以設(shè)置非堆內(nèi)存，如：-XX:PermSize=56m，-XX:MaxPermSize=
      
        128m。



    b. 打開eclipse－窗口－首選項－Java－已安裝的JRE（對在當前開發(fā)環(huán)境中運行的java程序皆生效）編輯當前使用的JRE，在缺省VM參數(shù)中輸入：
      
      -Xmx128m -Xms64m -
      
        Xmn32m –Xss16m。



    c. 打開eclipse－運行－運行－Java應(yīng)用程序（只對所設(shè)置的java類生效）選定需設(shè)置內(nèi)存分配的類－自變量，在VM自變量中輸入:
      
      -Xmx128m -Xms64m -Xmn32m -Xss16m  
      

      　　　　注：如果在同一開發(fā)環(huán)境中同時進行了b和c設(shè)置，則b設(shè)置生效，c設(shè)置無效，如:開發(fā)環(huán)境的設(shè)置為:-Xmx256m，而類Test的設(shè)置為:-Xmx128m -Xms64m，則運行Test時生效的設(shè)置為:-Xmx256m -Xms64m。
    

（3）當在服務(wù)器環(huán)境下（如Tomcat）啟動并使用JVM時（對當前服務(wù)器環(huán)境下所以Java程序生效）：

          a. 設(shè)置環(huán)境變量:變量名:CATALINA_OPTS 變量值：-Xmx128m -Xms64m -Xmn32m -
      
        Xss16m。



    b. 打開Tomcat根目錄下的bin文件夾，編輯catalina.bat，將其中的
      
      %CATALINA_OPTS%（共有四處）替換為：-Xmx128m -Xms64m -Xmn32m -
      
        Xss16m。



    c. 若沒有catalina.bat，只有tomcat.exe,tomcat6w.exe;則可以在啟動tomcat6w.exe 后 右鍵配置
      
      --Java--
      
        java option 下面輸入:
      
      -
      
        Xmx256m –Xms64m

　　　　也可以找到注冊表HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Apache Software Foundation\TomcatService Manager\Tomcat6\Parameters\JavaOptions
        

        　　　　原值為 
      
      -Dcatalina.home=
      
        "
      
      
        C:\ApacheGroup\Tomcat 6.0
      
      
        "
      
       -Djava.endorsed.dirs=
      
        "
      
      
        C:\ApacheGroup\Tomcat 6.0\common\endorsed
      
      
        "
      
       -Xrs 
      

      　　　　加入-Xms300m -
      
        Xmx350m 

    　 重起tomcat服務(wù),設(shè)置生效。
      
    

3. 查看JVM內(nèi)存信息

      Runtime.getRuntime().maxMemory(); 
      
        //
      
      
        最大可用內(nèi)存，對應(yīng)-Xmx 默認值為物理內(nèi)存的1/4，設(shè)置不能高于計算機物理內(nèi)存
      
    

      Runtime.getRuntime().freeMemory(); 
      
        //
      
      
        當前JVM空閑內(nèi)存，因為JVM只有在需要內(nèi)存時才占用物理內(nèi)存使用，所以freeMemory()的值一般情況下都很小
        

        　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//而JVM實際可用內(nèi)存并不等于freeMemory()，而應(yīng)該等于maxMemory()-totalMemory()+freeMemory()。
      
    

      Runtime.getRuntime().totalMemory(); 
      
        //
      
      
        當前JVM占用的內(nèi)存總數(shù)，其值相當于當前JVM已使用的內(nèi)存及freeMemory()的總和，會隨著JVM使用內(nèi)存的增加而增加
      
    

四、JVM內(nèi)存配置與GC

需要考慮的是Java提供的垃圾回收機制。JVM的堆大小決定了JVM花費在收集垃圾上的時間和頻度。

收集垃圾可以接受的速度與應(yīng)用有關(guān)，應(yīng)該通過分析實際的垃圾收集的時間和頻率來調(diào)整。

如果堆的大小很大，那么完全垃圾收集就會很慢，但是頻度會降低。

如果你把堆的大小和應(yīng)用對內(nèi)存的需要一致，完全收集就很快，但是會更加頻繁。

調(diào)整堆大小的的目的是最小化垃圾收集的時間，以在特定的時間內(nèi)最大化處理客戶的請求。在基準測試的時候，為保證最好的性能，要把堆的大小設(shè)大，保證垃圾收集不在整個基準測試的過程中出現(xiàn)。如果系統(tǒng)花費很多的時間收集垃圾，請減小堆大小。一次完全的垃圾收集應(yīng)該不超過
3-5 秒。如果垃圾收集成為瓶頸，那么需要指定堆的大小，檢查垃圾收集的詳細輸出，研究垃圾收集參數(shù)對性能的影響。一般說來，你應(yīng)該使用物理內(nèi)存的80%作為堆大小。當增加處理器時，記得增加內(nèi)存，因為分配可以并行進行，而垃圾收集不是并行的。

Java Heap分為3個區(qū)：

1.Young 2.Old 3.Permanent。Young保存剛實例化的對象。當該區(qū)被填滿時，GC會將對象移到Old區(qū)。Permanent區(qū)則負責(zé)保存上述非堆對象。

JVM有2個GC線程：?
第一個線程負責(zé)回收Heap的Young區(qū)；
第二個線程在Heap不足時，遍歷Heap，將Young 區(qū)升級為Older區(qū)，Older區(qū)的大小等于-Xmx減去-Xmn，不能將-Xms的值設(shè)的過大，因為第二個線程被迫運行會降低JVM的性能。

為什么一些程序頻繁發(fā)生GC？有如下原因：?
1. 程序內(nèi)調(diào)用了System.gc()或Runtime.gc()。
2. 一些中間件軟件調(diào)用自己的GC方法，此時需要設(shè)置參數(shù)禁止這些GC。
3. Java的Heap太小，一般默認的Heap值都很小。
4. 頻繁實例化對象，Release對象此時盡量保存并重用對象，例如使用StringBuffer()和String()。

如果你發(fā)現(xiàn)每次GC后，Heap的剩余空間會是總空間的50%，這表示你的Heap處于健康狀態(tài)許多Server端的Java程序每次GC后最好能有65%的剩余空間。

經(jīng)驗之談：?
1．Server端JVM最好將-Xms和-Xmx設(shè)為相同值。為了優(yōu)化GC，最好讓-Xmn值約等于-Xmx的1/3。
2．一個GUI程序最好是每10到20秒間運行一次GC，每次在半秒之內(nèi)完成。

注意：?
1．增加Heap的大小雖然會降低GC的頻率，但也增加了每次GC的時間。并且GC運行時，所有的用戶線程將暫停，也就是GC期間，Java應(yīng)用程序不做任何工作。
2．Heap大小并不決定進程的內(nèi)存使用量。進程的內(nèi)存使用量要大于-Xmx定義的值，因為Java為其他任務(wù)分配內(nèi)存，例如每個線程的Stack等。

Tomcat中JVM內(nèi)存溢出及合理配置