【Java】OutOfMemoryErrorの原因と対策をする方法

はじめに
OutOfMemoryErrorとは
OutOfMemoryErrorの種類
実務で多い原因
まとめ
ドキュメント
最後に

はじめに

Javaで開発・運用していると、「java.lang.OutOfMemoryError」というログがに出会うことがあると思います。OOM（OutOfMemoryError）は「メモリが足りない」だけで片付けると再発します。
この記事では OutOfMemoryErrorの種類・原因・対策まで、ログとして記載していきたいと思います。

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OutOfMemoryErrorとは

OutOfMemoryError は例外（Exception）ではなくエラー（Error）です。つまり、基本的には「アプリが継続できない状態」になります。catchして握りつぶすのではなく、根本原因を特定して潰すのが正攻法です。

OutOfMemoryErrorの種類

メッセージ	ざっくり何が足りないか	よくある原因
Java heap space	Javaヒープ	データの溜め込み／メモリリーク／無制限キャッシュ
GC overhead limit exceeded	GCが限界	ほぼメモリリーク or データの溜め込みを継続
Metaspace	クラス情報領域	動的クラス生成／クラスローダリーク
unable to create new native thread	OSスレッド	スレッド作りすぎ／プール設定ミス
Direct buffer memory	Directメモリ	バッファ解放遅れ
Requested array size exceeds VM limit	巨大配列	一括読み込み／巨大JSON/CSV

実務で多い原因

ava heap space：コレクションの溜め込み

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

ヒープ（Javaが使うメモリ）にオブジェクトが増え続け、入りきらなくなっています。
一番多いのは List/Mapにため込む設計をしていることです。

public List<User> loadAllUsers() {
    List<User> users = new ArrayList<>();
    for (User u : userRepository.findAll()) { // 全件
        users.add(u); // 全部メモリに保持
    }
    return users;
}

改善例：ページングして溜めない

OOM（OutOfMemoryError）の8割は「溜めない設計」に直すとことで改善します。

public void processUsers() {
    int limit = 1000;
    int offset = 0;

    while (true) {
        List<User> users = userRepository.findByPaging(limit, offset);
        if (users.isEmpty()) break;

        for (User u : users) {
            handle(u); // ここで処理して捨てる
        }
        offset += limit;
    }
}

無制限キャッシュ

キャッシュは「高速化」のために保存しますが、上限がないと永遠に増えます。
結果、ヒープを食い尽くしてOOMになります。

private static final Map<String, User> CACHE = new HashMap<>();

public User getUser(String id) {
    return CACHE.computeIfAbsent(id, this::loadFromDb);
}

改善例：上限付き

キャッシュは上限（件数/容量）＋期限（TTL）をセットで考えることで改善します。

private final Map<String, User> cache =
        new LinkedHashMap<>(1024, 0.75f, true) {
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, User> eldest) {
                return size() > 1000; // 上限
            }
        };

メモリリーク：参照が切れず本来消えるはずのものが残る

java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

JavaはGC（ガベージコレクション）がありますが、参照が残っている限り解放されません。参照が残り継ぐけることによりメモリが増え続けてしまうことで発生します。

private static final ThreadLocal<List<String>> LOCAL =
        ThreadLocal.withInitial(ArrayList::new);

public void doWork() {
    LOCAL.get().add("temp"); // スレッドに紐づく
    // removeしないとスレッドプールで残り続ける可能性
}

改善例：finallyでremove（鉄則）

参照は使用しなくなったら開放する設計を行うことで、改善されます。

public void doWork() {
    try {
        LOCAL.get().add("temp");
    } finally {
        LOCAL.remove();
    }
}

巨大データ一括処理：ファイル/JSON/画像を丸ごと持つ

java.lang.OutOfMemoryError:Requested array size exceeds VM limit

巨大なデータを byte[] や String に一括で持つと、あっという間にヒープを食い切ります。

byte[] data = java.nio.file.Files.readAllBytes(java.nio.file.Paths.get("hoge.csv"));

改善例：ストリーミング処理

ストリーミングで処理したり分割して処理することで、改善を図ります。

try (java.io.BufferedReader reader =
         java.nio.file.Files.newBufferedReader(java.nio.file.Paths.get("huge.csv"))) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        processLine(line); // 1行ずつ処理して捨てる
    }
}

unable to create new native thread：スレッドを作りすぎ

java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

スレッドはOSリソースを使います。無限に作るとJVMではなく OS側で作れなくなります。

for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    new Thread(() -> doWork()).start();
}

改善例：スレッドプール（上限を決める）

java.util.concurrent.ExecutorService executor =
        java.util.concurrent.Executors.newFixedThreadPool(20);

for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    executor.submit(this::doWork);
}
executor.shutdown();