JVM系列-使用jmap和MAT進行堆內存分析

引言

Java程序運行中常常會遇到各種關於內存的問題，例如內存洩漏、內存溢出、內存使用率太高等問題，如果沒有合適的工具和方法，則定位問題時常常感覺難以入手。本文介紹如何使用Jmap配合MAT進行Java堆內存分析，快速定位問題。

一、使用Jmap獲取堆內存信息

1.1 作用

Jmap是Java提供的用於打印進程的堆內存信息的命令，使用這個命令可以查看堆內存的具體使用情況，打印一個進程、可執行core文件、遠程debug服務的堆內存，導出堆轉儲文件，用於離線分析。

1.2 用法

• jmap [ options ] pid
• jmap [ options ] executable core
• jmap [ options ] [ pid ] server-id@ remote-hostname-or-IP

1.3 參數說明

當進程運行於一個64位的虛擬機的話，需要加上-J-d64參數

Option選項：

• 無可選項
  默認打印共享對象映射信息。
• -dump:[live,] format=b,file=filename
  打印Java堆內存信息，生成名字為filename，格式為hprof的文件，live參數是可選的，如果指定了則只dump出acitve objects。

• -finalizerinfo
  打印關於等待結束的對象的信息。
• -heap
  打印heap的概要信息，GC使用的算法，heap的配置及wise heap的使用情況.
• -histo[:live]
  打印每個class的實例數目,內存佔用,類全名信息. VM的內部類名字開頭會加上前綴”*”. 如果live的參數加上後,只統計active objects。
• -clstats
  打印classloader以及所加載的類的數量以及大小等信息。
• -F
  當使用jmap -dump或者jamp -histo打印無響應的時候使用-F強制打印。不支持live可選項。
• -h
  打印幫助信息
• -help
  打印幫助信息
• -Jflag
  傳遞標誌給Java虛擬機。

其他參數：

• pid Java進程ID
• executable 生成核心轉儲的java可執行文件
• core 核心文件
• remote-hostname-or-IP 遠程debug服務器的名稱或者IP
• server-id 唯一ID，假如一臺主機上多個遠程debug服務，用於區分

1.4 案例

1.4.1 打印heap信息

<code>
$
 
jmap
 
-heap
 
71664
Attaching
 
to
 
process
 
ID
 
71664
,
 
please
 
wait...
Debugger
 
attached
 
successfully.
Server
 
compiler 
 
detected.
JVM
 
version
 
is
 
25.161
-b12

using
 
thread-local
 
object
 
allocation.
Parallel
 
GC
 
with
 
8
 
thread(s)

Heap Configuration:
   
MinHeapFreeRatio
         
=
 
0
   
MaxHeapFreeRatio
         
=
 
100
   
MaxHeapSize
              
=
 
27262976 
 
(26.0MB)
   
NewSize
                  
=
 
8912896
 
(8.5MB)
   
MaxNewSize
               
=
 
8912896
 
(8.5MB)
   
OldSize
                  
=
 
18350080
 
(17.5MB)
   
NewRatio
                 
=
 
2
   
SurvivorRatio
            
=
 
8
   
MetaspaceSize
            
=
 
21807104
 
(20.796875MB)
   
CompressedClassSpaceSize
 
= 
 
1073741824
 
(1024.0MB)
   
MaxMetaspaceSize
         
=
 
17592186044415
 
MB
   
G1HeapRegionSize
         
=
 
0
 
(0.0MB)

Heap Usage:
PS
 
Young
 
Generation
Eden Space:
   
capacity
 
=
 
6815744
 
(6.5MB)
   
used
     
=
 
2982392
 
(2.8442306518554688MB)
   
free
     
= 
 
3833352
 
(3.6557693481445312MB)
   
43.75739464393029
%
 
used
From Space:
   
capacity
 
=
 
1048576
 
(1.0MB)
   
used
     
=
 
0
 
(0.0MB)
   
free
     
=
 
1048576
 
(1.0MB)
   
0.0
%
 
used
To Space:
   
capacity
 
=
 
1048576 
 
(1.0MB)
   
used
     
=
 
0
 
(0.0MB)
   
free
     
=
 
1048576
 
(1.0MB)
   
0.0
%
 
used
PS
 
Old
 
Generation
   
capacity
 
=
 
18350080
 
(17.5MB)
   
used
     
=
 
0
 
(0.0MB)
   
free
     
= 
 
18350080
 
(17.5MB)
   
0.0
%
 
used

1779
 
interned
 
Strings
 
occupying
 
158984
 
bytes.
/<code>

1.4.2 導出堆轉儲文件

<code>$ jmap -
dump
:live,
format
=b,file=
71664.
hprof 
71664
/<code>

二、模擬內存溢出

為了模擬使用MAT進行堆內存分析地情況，在此特意構建一個內存溢出的情況，導出這個進程的堆轉儲文件，代碼如下:

<code>
public
 
class 
 
OutOfMemory
 {

    
public
 
static
 
void
 
main
(
String[] args
) throws InterruptedException
 {
        Vector v=
new
 Vector(
5
);
        
for
 (
int
 i=
1
;i<
1000000
; i++)
        {
            Object o=
new
 Object();
            v.
add
(o);
        }
        System.
out
.println(
"finished"
);
    }
}
/<code>

導出堆轉儲文件，除了以上使用jmap命令以外，也可以使用JVM參數指定當發生OutOfMemory時自動導出堆轉儲文件。例如以上代碼執行時加上以下JVM參數

<code>
-Xms25m
 
-Xmx25m
 
-XX 
:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 
-XX
:+PrintGCDetails
/<code>

執行此程序，導出了堆轉儲文件java_pid71932.hprof

<code>
java
.lang
.OutOfMemoryError
: 
Java
 
heap
 
space
Dumping
 
heap
 
to
 
java_pid71932
.hprof
 ...
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
 
tech
.liujintao
.leetcode
.OutOfMemory
.main
(
OutOfMemory
.java
 
:12)
Heap
 
dump
 
file
 
created
 
[12430601 bytes in 0.028 secs]
/<code>

三、使用MAT分析堆內存

MAT(Memory Analyzer Tool)是Eclipse的一個插件，也提供單獨運行的版本。主要用於進行堆轉儲文件的分析，其使用方便簡單、功能強大，能夠清晰地展示堆內存中各類對象的大小、所佔的比例、可能出現內存問題的報表、線程棧等信息，為問題定位提供強大地輔助。

3.1 查看堆內存概要

打開MAT軟件，點擊"File"->“Open Heap Dump”,選擇對應的hprof文件載入堆轉儲文件，選擇Leak Suspect,進入Overview頁面

通過上圖可以看到當前佔用的總的堆內存為6.8M，其中最大的對象佔用的內存為6.3M，下面還有多個功能模塊:Actions、Reports和Step By Step。

3.2 Leak Suspects

點擊Leak Suspects，這個報表是MAT分析出來的可能導致內存洩漏、內存溢出的問題點分析，如下圖所示

圖上顯示，main線程保持了本地變量，這個變量佔用了91.64%的堆內存，此對象對應的類是java.lang.Object，由system class loader加載，很明顯，此對象佔用了那麼大的內存並且沒有被回收，可能存在問題。

那麼是哪個類加載了這個對象呢？這個時候選擇點擊"See stacktrace"查看棧軌跡

可以看到問題點代碼是OutOfMemory.java類第12行，那麼就對應查看對應類的代碼排查即可。

點擊"Details"可以查看更加詳細的內容，例如可以查看到問題點代碼的最短路徑

可以看到java.lang.Object是由main線程中Vector對象保持的。其中Shallow Heap和Retained Heap展示了對象的大小。

• Shallow Heap是指對象本身堆內存大小，不包含其引用的對象
• Retained Heap是指當前對象大小+當前對象可直接或間接引用到的對象的大小總和，並且排除被GC Roots直接或者間接引用的對象，可以看作如果對象被GC以後能釋放出的堆內存的大小。

Details中還有支配樹視圖Dominator Tree，用於查看受當前對象支配的對象中哪個佔用的Retained Heap比較大，例如下圖展示了當前對象“java.lang.Thread @ 0xffc59ab0 main”支配下的對象佔用的堆內存情況。

由於加載的對象很多，所以為了方便查看，根據類進行了堆內存的分類

3.3 Histogram視圖

該視圖以Class類的維度展示每個Class類的實例存在的個數、 佔用的Shallow Heap和 Retained Heap 大小,可以用於協助判斷哪些實例對象大量駐留於堆內存中，為定位問題提供參考。

更加詳細地，可以右鍵某個對象，選擇"List objects"=> “with outgoing references"或者"with incoming references”，前者代表的是當前對象引用了哪些對象，後者是當前對象被哪些對象引用了，這就方便進行追蹤。

3.4 Group分組視圖

在 Histogram視圖 和 Domiantor Tree視圖時，默認是按照對象的維度進行分組，點擊工具欄的分組功能，可以按照類、ClassLoader、包進行分組，更加方便定位到問題代碼，具體如下圖所示

3.5 Thread視圖

Thread視圖直觀地展示出當前所有的線程，包括線程的名字、線程所佔用的堆內存的大小，線程下的本地變量、classloader等信息，具體如下圖所示，除了進行內存分析，還支持堆線程的分析，功能相當強大。

通過以上視圖，已經能夠為堆內存地分析提供極多的參考信息，快速定位內存溢出等問題。