一文教会你使用jmap和MAT进行堆内存溢出分析一文教会你使用jmap和MAT进行堆

jmap:Java内存映像工具 jmap(Memory Map for Java）命令用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件）。另外，还有几种方式获取dump文件：使用JVM参数选项-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数，可以让虚拟机在OOM异常出现之后自动生成dump文件，通过-XX:HeapDumpPath=path 设置dump文件路径（有时候dump文件比较大的时候可能无法自动导出，这时候就需要使用jmap -dump手动导出了）；通过-XX.+HeapDumpOnCtrlBreak参数则可以使用[Ctrl]+[Break]键让虚拟机生成dump文件；又或者在Linux系统下通过Kill -3命令发送进程退出信号“吓唬”一下虚拟机，也能拿到dump文件。
jmap的作用并不仅仅是为了获取dump文件，它还可以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如空间使用率、当前用的是哪种收集器等。和jinfo命令一样，jmap有不少功能在Windows平台下都是受限的，除了生成dump文件的-dump选项和用于查看每个类的实例、空间占用统计的-histo选项在所有操作系统都提供之外，其余选项都只能在Linux／Solans下使用。其官方文档地址为：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jmap.html
jmap命令格式：jmap [option] vmid

C:\Users\Administrator>jmap -helpUsage:jmap [option] (to connect to running process)jmap [option] (to connect to a core file)jmap [option] [server_id@](to connect to remote debug server) where

option选项介绍如下：

选项	作用
-heap	显示Java堆详细信息，使用哪种收集器、参数配置、分代状况等。只在Linux/Solaris平台下有效。
-histo[:live]	对于每个Java类，打印对象的数量、字节大小的内存大小以及完全限定的类名。jvm内部类名以星号（*）前缀打印。如果使用 -histo:live，则仅计算存活的对象。
-clstats	打印Java堆的类加载器统计信息。对于每个类加载器，都会打印其名称、活动程度、地址、父类加载器以及已装入的类的数量和大小。
-finalizerinfo	显示在F-Queue中等待Finalizer线程执行finalize方法的对象。只在Linux/Solaris平台下有效
-dump:	生成Java堆转储快照，格式为 -dump:[live,]format=b,file=，其中live子参数说明是否只dump出存活的对象
-F	当虚拟机进程对-dump选项没有响应时，可使用这个选项强制生成dump快照。只在Linux/Solaris平台下有效

注意：使用 jmap -histo:live 或者jmap -dump:live,format=b,file= 都会触发FullGC
使用例：jmap -heap在JDK1.7中打印结果如下：可以看到永久代Perm区

[root@wkp ~]# jmap -heap 3177Attaching to process ID 3177, please wait...Debugger attached successfully.Server compiler detected.JVM version is 24.80-b11 using thread-local object allocation.Parallel GC with 2 thread(s) Heap Configuration:MinHeapFreeRatio = 0MaxHeapFreeRatio = 100MaxHeapSize= 2099249152 (2002.0MB)NewSize= 1310720 (1.25MB)MaxNewSize= 17592186044415 MBOldSize= 5439488 (5.1875MB)NewRatio= 2SurvivorRatio= 8PermSize= 21757952 (20.75MB)MaxPermSize= 85983232 (82.0MB)G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB) Heap Usage:PS Young GenerationEden Space:capacity = 371720192 (354.5MB)used= 330326552 (315.0239486694336MB)free= 41393640 (39.476051330566406MB)88.86430145823232% usedFrom Space:capacity = 5242880 (5.0MB)used= 5073520 (4.8384857177734375MB)free= 169360 (0.1615142822265625MB)96.76971435546875% usedTo Space:capacity = 47710208 (45.5MB)used= 0 (0.0MB)free= 47710208 (45.5MB)0.0% usedPS Old Generationcapacity = 159383552 (152.0MB)used= 113434496 (108.1795654296875MB)free= 45949056 (43.8204345703125MB)71.17076673005757% usedPS Perm Generationcapacity = 42991616 (41.0MB)used= 42852648 (40.867469787597656MB)free= 138968 (0.13253021240234375MB)99.67675557950648% used 19120 interned Strings occupying 2253456 bytes.

jmap -heap在JDK1.8中打印结果如下：可以看到了元空间，没有了永久代

[root@wkp ~]# jmap -heap 8543Attaching to process ID 8543, please wait...Debugger attached successfully.Server compiler detected.JVM version is 25.171-b11 using thread-local object allocation.Parallel GC with 4 thread(s) Heap Configuration:MinHeapFreeRatio= 0MaxHeapFreeRatio= 100MaxHeapSize= 2051014656 (1956.0MB)NewSize= 42991616 (41.0MB)MaxNewSize= 683671552 (652.0MB)OldSize= 87031808 (83.0MB)NewRatio= 2SurvivorRatio= 8MetaspaceSize= 21807104 (20.796875MB)CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)MaxMetaspaceSize= 17592186044415 MBG1HeapRegionSize= 0 (0.0MB) Heap Usage:PS Young GenerationEden Space:capacity = 28311552 (27.0MB)used= 13137328 (12.528732299804688MB)free= 15174224 (14.471267700195312MB)46.402712221498845% usedFrom Space:capacity = 524288 (0.5MB)used= 98304 (0.09375MB)free= 425984 (0.40625MB)18.75% usedTo Space:capacity = 524288 (0.5MB)used= 0 (0.0MB)free= 524288 (0.5MB)0.0% usedPS Old Generationcapacity = 76021760 (72.5MB)used= 27335480 (26.06914520263672MB)free= 48686280 (46.43085479736328MB)35.957441658809266% used 24117 interned Strings occupying 2830304 bytes.

通过命令 jmap -dump:live,format=b,file=/usr/local/heap.hprof 12632 就可以生成dump文件了

[root@wkp ~]# jmap -dump:live,format=b,file=/usr/local/heap.hprof 12632Dumping heap to /usr/local/heap.hprof ...Heap dump file created

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好了，介绍了dump文件的生成，下面分析工具MAT就要粉墨登场了。
MAT MAT（Eclipse Memory Analyzer）是一种快速且功能丰富的Java堆分析器，它帮助查找内存泄漏并减少内存消耗。使用内存分析器分析具有数亿个对象的高效堆转储，快速计算对象的保留大小，查看谁在阻止垃圾收集器收集对象，运行报告以自动提取泄漏嫌疑。官网地址https://www.eclipse.org/mat，下载地址为https://www.eclipse.org/mat/downloads.php。我们可以在下载页面看到：MAT可以独立运行，也可以通过插件的形式在Eclipse中安装使用，具体的安装过程就不再这里介绍了，我是下载的独立运行的程序包。

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MAT的官方文档地址https://help.eclipse.org/2019-09/index.jsp?topic=/org.eclipse.mat.ui.help/welcome.html，里面做了很详细的介绍。

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下面我们通过一个例子，来介绍一下MAT的使用。我们创建一个springboot应用程序，controller代码如下：通过往成员变量userList中一直添加user对象来构造堆内存溢出。controller中heap方法的注释中表明了运行时添加的JVM参数 -Xmx32M -Xms32M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=./设置堆内存最大为32兆，当内存溢出时自动在当前目录生成dump文件。

@RestControllerpublic class MemoryController { private List userList = new ArrayList(); /***-Xmx32M -Xms32M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=./*/ @GetMapping("/heap") public String heap() {int i=0; while(true){userList.add(new User(i++, UUID.randomUUID().toString())); } }}

User类代码如下：

public class User { private int id; private String name; public User(int id, String name) {super(); this.id = id; this.name = name; } //省略set,get方法}

设置JVM参数运行如下：

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然后启动springboot应用，启动端口为9999，访问 http://localhost:9999/heap 后触发堆内存溢出，可以看到控制台输出已经生成了dump文件java_pid16500.hprof
java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
Dumping heap to ./\java_pid11524.hprof ...
Heap dump file created [44602961 bytes in 0.239 secs]
Exception in thread "http-nio-9999-exec-3" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded

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下面我们打开MAT，选择File——>Open Heap Dump，打开我们上面生成的dump文件

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点击finish后，会看到如下界面：

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从上图可以看到它的主要功能：

1. Histogram可以列出内存中的对象，对象的个数以及大小（对象大小的单位是byte）。
2. Dominator Tree可以列出对象占用的大小及百分比等。
3.Top consumers通过图形列出最大的对象。
4.Leak Suspects通过MA自动分析，会出具内存泄漏可能产生的原因的报告。

在MAT的图表中，有一些常用选项：

list objects -- with outgoing references : 查看这个对象持有的外部对象引用。
list objects -- with incoming references : 查看这个对象被哪些外部对象引用。
show objects by class--with outgoing references ：查看这个对象类型持有的外部对象引用
show objects by class--with incoming references ：查看这个对象类型被哪些外部对象引用
paths to gc root : 显示不同类型引用(强引用、弱引用、虚引用、软引用 )到跟节点的路径。
merge shorest path to gc root : 合并最短路径到root节点
Shallow size：就是对象本身占用内存的大小，不包含其引用的对象，也就是对象头加成员变量（不是成员变量的值）的总和。
Retained size：是该对象自己的shallow size，加上从该对象能直接或间接访问到对象的shallow size之和。换句话说，retained size是该对象被GC之后所能回收到内存的总和。这个是需要重点关注的，一般这个Retained size比较大的对象就是跟内存溢出相关的。

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对于上图左边的object1，object1大小就是shallow size，object1及所有蓝色对象就是该对象直接或是间接引用的就是retained size。右图中object4还被gc roots引用到，那么retained size就不包含这个。
Top consumers视图 Top consumers如下图：这里显示了内存中最大的对象有哪些，他们对应的类是哪些，类加载器classloader是哪些。可以看到MemoryController类的对象占用了15MB的堆内存，占比达50%多，这是很不正常的。我这里只截图了关于对象相关的，后面还会有类，类加载器，包相关的信息，就不一一截图了，大家可以自己看一下。

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Leak Suspects视图 Leak Suspects（内存泄露分析）如下图：内存泄露分析报告怀疑有两个内存泄露嫌疑，显示我们看到Problem Suspect 1显示MemoryController类对象占用了57.74%的内存，这部分内存积聚在一个Object[]中。

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接下来我们点击Problem Suspect 1 中的Details查看详情，可以看到如下所示：通过图示也可以看到MemoryController中的userList占用了15兆多的内存，userList中存储的是user对象，这些user对象都存储在ArrayList中的Object[] elementData 中，查看ArrayList源码就知道了。另外，还可以看到是在org.apache.tomcat.util.threads.TaskThread @ 0xfecb3220 http-nio-9999-exec-3 Thread 这个线程中创建的。

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access/*** Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */public ArrayList() {this.elementData = https://www.it610.com/article/DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }

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通过点击右键，可以通过List objects-with outgoing references : 查看这个对象持有的外部对象引用。

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Histogram视图 Histogram视图中我们可以使用正则表达式进行删选，我是按照com.wkp进行筛选的，可以看到有111305个user对象，我们通过merge shorest path to gc roots可以查找user对象的GC Roots，通过exclude all phantom/weak/soft etc.references去排除掉虚引用、弱引用、软引用等，

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查看GC Roots如下，可以看到http-nio-9999-exec-3 Thread 这个线程就是GC Roots，就是因为这个线程中userList中存储了太多的user对象导致堆内存撑爆了，才会出现内存溢出的。

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Dominator Tree视图 Dominator Tree可以列出对象占用空间大小及百分比等信息。可以看到跟上面的视图类似，可以看到MemoryController对象的Shallow Heap才16byte，但是Retained Heap却达到了15MB多，这是极其不正常的，这种就是内存泄露的重点怀疑对象。

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关于jmap和MAT的使用就先介绍到这里，因为这个内存溢出是我们手动构造出来的，查找比较简单，真的到了生产上面需要我们仔细排除。总的来说查找内存溢出的原因，总结如下两点：

1.首先看retained size最大的那些数据，一般看内存都是想解决内存泄漏问题，可以通过Top Consumers或者是donimator tree等actions。
2.找到最大的数据后，通过list objects -- with outgoing references 查看具体持有了哪些对象。

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