JVM系列-使用jmap和MAT进行堆内存分析

引言

Java程序运行中常常会遇到各种关于内存的问题，例如内存泄漏、内存溢出、内存使用率太高等问题，如果没有合适的工具和方法，则定位问题时常常感觉难以入手。本文介绍如何使用Jmap配合MAT进行Java堆内存分析，快速定位问题。

一、使用Jmap获取堆内存信息

1.1 作用

Jmap是Java提供的用于打印进程的堆内存信息的命令，使用这个命令可以查看堆内存的具体使用情况，打印一个进程、可执行core文件、远程debug服务的堆内存，导出堆转储文件，用于离线分析。

1.2 用法

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

1.3 参数说明

当进程运行于一个64位的虚拟机的话，需要加上-J-d64参数

Option选项：

• 无可选项
  默认打印共享对象映射信息。
• -dump:[live,] format=b,file=filename
  打印Java堆内存信息，生成名字为filename，格式为hprof的文件，live参数是可选的，如果指定了则只dump出acitve objects。

• -finalizerinfo
  打印关于等待结束的对象的信息。
• -heap
  打印heap的概要信息，GC使用的算法，heap的配置及wise heap的使用情况.
• -histo[:live]
  打印每个class的实例数目,内存占用,类全名信息. VM的内部类名字开头会加上前缀”*”. 如果live的参数加上后,只统计active objects。
• -clstats
  打印classloader以及所加载的类的数量以及大小等信息。
• -F
  当使用jmap -dump或者jamp -histo打印无响应的时候使用-F强制打印。不支持live可选项。
• -h
  打印帮助信息
• -help
  打印帮助信息
• -Jflag
  传递标志给Java虚拟机。

其他参数：

• pid Java进程ID
• executable 生成核心转储的java可执行文件
• core 核心文件
• remote-hostname-or-IP 远程debug服务器的名称或者IP
• server-id 唯一ID，假如一台主机上多个远程debug服务，用于区分

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 导出堆转储文件

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

二、模拟内存溢出

为了模拟使用MAT进行堆内存分析地情况，在此特意构建一个内存溢出的情况，导出这个进程的堆转储文件，代码如下:

<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>

导出堆转储文件，除了以上使用jmap命令以外，也可以使用JVM参数指定当发生OutOfMemory时自动导出堆转储文件。例如以上代码执行时加上以下JVM参数

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

执行此程序，导出了堆转储文件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分析堆内存

MAT(Memory Analyzer Tool)是Eclipse的一个插件，也提供单独运行的版本。主要用于进行堆转储文件的分析，其使用方便简单、功能强大，能够清晰地展示堆内存中各类对象的大小、所占的比例、可能出现内存问题的报表、线程栈等信息，为问题定位提供强大地辅助。

3.1 查看堆内存概要

打开MAT软件，点击"File"->“Open Heap Dump”,选择对应的hprof文件载入堆转储文件，选择Leak Suspect,进入Overview页面

通过上图可以看到当前占用的总的堆内存为6.8M，其中最大的对象占用的内存为6.3M，下面还有多个功能模块:Actions、Reports和Step By Step。

3.2 Leak Suspects

点击Leak Suspects，这个报表是MAT分析出来的可能导致内存泄漏、内存溢出的问题点分析，如下图所示

图上显示，main线程保持了本地变量，这个变量占用了91.64%的堆内存，此对象对应的类是java.lang.Object，由system class loader加载，很明显，此对象占用了那么大的内存并且没有被回收，可能存在问题。

那么是哪个类加载了这个对象呢？这个时候选择点击"See stacktrace"查看栈轨迹

可以看到问题点代码是OutOfMemory.java类第12行，那么就对应查看对应类的代码排查即可。

点击"Details"可以查看更加详细的内容，例如可以查看到问题点代码的最短路径

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

• Shallow Heap是指对象本身堆内存大小，不包含其引用的对象
• Retained Heap是指当前对象大小+当前对象可直接或间接引用到的对象的大小总和，并且排除被GC Roots直接或者间接引用的对象，可以看作如果对象被GC以后能释放出的堆内存的大小。

Details中还有支配树视图Dominator Tree，用于查看受当前对象支配的对象中哪个占用的Retained Heap比较大，例如下图展示了当前对象“java.lang.Thread @ 0xffc59ab0 main”支配下的对象占用的堆内存情况。

由于加载的对象很多，所以为了方便查看，根据类进行了堆内存的分类

3.3 Histogram视图

该视图以Class类的维度展示每个Class类的实例存在的个数、 占用的Shallow Heap和 Retained Heap 大小,可以用于协助判断哪些实例对象大量驻留于堆内存中，为定位问题提供参考。

更加详细地，可以右键某个对象，选择"List objects"=> “with outgoing references"或者"with incoming references”，前者代表的是当前对象引用了哪些对象，后者是当前对象被哪些对象引用了，这就方便进行追踪。

3.4 Group分组视图

在 Histogram视图 和 Domiantor Tree视图时，默认是按照对象的维度进行分组，点击工具栏的分组功能，可以按照类、ClassLoader、包进行分组，更加方便定位到问题代码，具体如下图所示

3.5 Thread视图

Thread视图直观地展示出当前所有的线程，包括线程的名字、线程所占用的堆内存的大小，线程下的本地变量、classloader等信息，具体如下图所示，除了进行内存分析，还支持堆线程的分析，功能相当强大。

通过以上视图，已经能够为堆内存地分析提供极多的参考信息，快速定位内存溢出等问题。