Javaのプログラムを実行中に発生するエラーの一つに「OutOfMemoryError」があります。このエラーは、JVM（Java Virtual Machine）が必要なメモリを確保できない場合にスローされます。ここでは、エラーの種類、原因、対処法について詳しく解説します。

OutOfMemoryErrorとは？

`OutOfMemoryError`は、JVMのヒープ領域、メタスペース、またはその他のメモリ領域が不足したときに発生します。このエラーは、Javaの`java.lang.OutOfMemoryError`クラスとしてスローされ、通常の例外とは異なり、キャッチしてリカバリーするのは困難です。

OutOfMemoryErrorの主な種類

Javaには、いくつかの異なるタイプの`OutOfMemoryError`があります。それぞれの原因について詳しく見ていきます。

Java heap space

このエラーは、JVMのヒープ領域が不足した場合に発生します。ヒープ領域は、オブジェクトやクラスインスタンスが格納される場所です。

例:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class OutOfMemoryExample {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(new byte[1024 * 1024]); // 毎回1MBのメモリを確保
        }
    }
}
    

このコードでは、無限ループでメモリを消費し続けるため、最終的にヒープメモリが不足し、`OutOfMemoryError: Java heap space`が発生します。

Metaspace

Metaspaceは、JVMがクラス情報を保持するために使用する領域です。大量のクラスを動的にロードすると、この領域が不足することがあります。

例:

import java.lang.reflect.Method;

public class MetaspaceExample {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            createProxyClass();
        }
    }

    private static void createProxyClass() {
        ClassLoader loader = MetaspaceExample.class.getClassLoader();
        try {
            Method defineClass = ClassLoader.class.getDeclaredMethod(
                "defineClass", String.class, byte[].class, int.class, int.class);
            defineClass.setAccessible(true);
            defineClass.invoke(loader, "GeneratedClass", new byte[0], 0, 0);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
    

この例では、クラスを動的に生成し続けることで、Metaspaceのメモリを枯渇させます。

GC overhead limit exceeded

このエラーは、ガベージコレクタがメモリを解放しようと長時間実行した結果、ほとんどの時間をガベージコレクションに費やしていると判断された場合にスローされます。

例:

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class GCOverheadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map map = new HashMap<>();
        int i = 0;
        while (true) {
            map.put(i++, "value");
        }
    }
}
    

このコードでは、メモリが不足してもガベージコレクタが無限ループで解放を試みるため、`GC overhead limit exceeded`が発生します。

Direct buffer memory

このエラーは、JVM外部で確保される直接バッファ（Direct Buffer）のメモリが不足した場合に発生します。特にNIO（Non-blocking I/O）を使用するアプリケーションで頻発します。

例:

import java.nio.ByteBuffer;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class DirectBufferExample {
    public static void main(String[] args) {
        List buffers = new ArrayList<>();
        while (true) {
            buffers.add(ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024)); // 1MBのDirect Bufferを確保
        }
    }
}
    

このコードでは、直接バッファが不足し、`OutOfMemoryError: Direct buffer memory`が発生します。

OutOfMemoryErrorの原因

• メモリリーク: オブジェクトが不要になったにもかかわらず、参照が解放されない場合。
• 大量データの処理: 大きなデータセットを一度に扱う場合。
• 不適切な設定: ヒープサイズやメタスペースサイズが小さい場合。
• アプリケーションの設計ミス: 不必要に多くのオブジェクトを生成するなど。

OutOfMemoryErrorの対処法

• JVMオプションの調整: -Xmx、-XX:MaxMetaspaceSizeなどを調整して、ヒープやメタスペースのサイズを増やす。
• メモリリークの検出: ツール（例：Eclipse MAT、VisualVM）を使用して、メモリリークを特定する。
• コードの最適化: 不要なオブジェクトの生成を抑える。
• ガベージコレクションの設定: G1GCやZGCなどのガベージコレクタを使用して、メモリ管理を改善する。

まとめ

`OutOfMemoryError`は、Javaプログラムがメモリ不足に陥ったときに発生します。その原因や種類を理解し、適切に対処することで、エラーの発生を防ぐことができます。実際の環境でメモリ使用量を監視し、問題が発生する前に調整を行うことが重要です。