如何使用jmap和MAT進行堆內存溢出分析

本篇文章為大家展示了如何使用jmap和MAT進行堆內存溢出分析，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

jmap:Java內存映像工具

jmap(Memory Map for Java）命令用于生成堆轉儲快照（一般稱為heapdump或dump文件）。另外，還有幾種方式獲取dump文件：使用JVM參數選項-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError參數，可以讓虛擬機在OOM異常出現之后自動生成dump文件，通過-XX:HeapDumpPath=path 設置dump文件路徑（有時候dump文件比較大的時候可能無法自動導出，這時候就需要使用jmap -dump手動導出了）；通過-XX.+HeapDumpOnCtrlBreak參數則可以使用[Ctrl]+[Break]鍵讓虛擬機生成dump文件；又或者在Linux系統下通過Kill -3命令發送進程退出信號“嚇唬”一下虛擬機，也能拿到dump文件。

jmap的作用并不僅僅是為了獲取dump文件，它還可以查詢finalize執行隊列、Java堆和永久代的詳細信息，如空間使用率、當前用的是哪種收集器等。和jinfo命令一樣，jmap有不少功能在Windows平臺下都是受限的，除了生成dump文件的-dump選項和用于查看每個類的實例、空間占用統計的-histo選項在所有操作系統都提供之外，其余選項都只能在Linux／Solans下使用。其官方文檔地址為：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/jmap.html

jmap命令格式：jmap [option] vmid

C:\Users\Administrator>jmap -help
Usage:
    jmap [option] <pid>
        (to connect to running process)
    jmap [option] <executable <core>
        (to connect to a core file)
    jmap [option] [server_id@]<remote server IP or hostname>
        (to connect to remote debug server)
 
where <option> is one of:
    <none>               to print same info as Solaris pmap
    -heap                to print java heap summary
    -histo[:live]        to print histogram of java object heap; if the "live"
                         suboption is specified, only count live objects
    -clstats             to print class loader statistics
    -finalizerinfo       to print information on objects awaiting finalization
    -dump:<dump-options> to dump java heap in hprof binary format
                         dump-options:
                           live         dump only live objects; if not specified,
                                        all objects in the heap are dumped.
                           format=b     binary format
                           file=<file>  dump heap to <file>
                         Example: jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin <pid>
    -F                   force. Use with -dump:<dump-options> <pid> or -histo
                         to force a heap dump or histogram when <pid> does not
                         respond. The "live" suboption is not supported
                         in this mode.
    -h | -help           to print this help message
    -J<flag>             to pass <flag> directly to the runtime system

option選項介紹如下：

 注意：使用 jmap -histo:live <pid>或者jmap -dump:live,format=b,file=<filename> <pid> 都會觸發FullGC

使用例：jmap -heap在JDK1.7中打印結果如下：可以看到永久代Perm區

[root@wkp ~]# jmap -heap 3177
Attaching 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 = 0
   MaxHeapFreeRatio = 100
   MaxHeapSize      = 2099249152 (2002.0MB)
   NewSize          = 1310720 (1.25MB)
   MaxNewSize       = 17592186044415 MB
   OldSize          = 5439488 (5.1875MB)
   NewRatio         = 2
   SurvivorRatio    = 8
   PermSize         = 21757952 (20.75MB)
   MaxPermSize      = 85983232 (82.0MB)
   G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB)
 
Heap Usage:
PS Young Generation
Eden Space:
   capacity = 371720192 (354.5MB)
   used     = 330326552 (315.0239486694336MB)
   free     = 41393640 (39.476051330566406MB)
   88.86430145823232% used
From Space:
   capacity = 5242880 (5.0MB)
   used     = 5073520 (4.8384857177734375MB)
   free     = 169360 (0.1615142822265625MB)
   96.76971435546875% used
To Space:
   capacity = 47710208 (45.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 47710208 (45.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 159383552 (152.0MB)
   used     = 113434496 (108.1795654296875MB)
   free     = 45949056 (43.8204345703125MB)
   71.17076673005757% used
PS Perm Generation
   capacity = 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中打印結果如下：可以看到了元空間，沒有了永久代

[root@wkp ~]# jmap -heap 8543
Attaching 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         = 0
   MaxHeapFreeRatio         = 100
   MaxHeapSize              = 2051014656 (1956.0MB)
   NewSize                  = 42991616 (41.0MB)
   MaxNewSize               = 683671552 (652.0MB)
   OldSize                  = 87031808 (83.0MB)
   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 = 28311552 (27.0MB)
   used     = 13137328 (12.528732299804688MB)
   free     = 15174224 (14.471267700195312MB)
   46.402712221498845% used
From Space:
   capacity = 524288 (0.5MB)
   used     = 98304 (0.09375MB)
   free     = 425984 (0.40625MB)
   18.75% used
To Space:
   capacity = 524288 (0.5MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 524288 (0.5MB)
   0.0% used
PS Old Generation
   capacity = 76021760 (72.5MB)
   used     = 27335480 (26.06914520263672MB)
   free     = 48686280 (46.43085479736328MB)
   35.957441658809266% used
 
24117 interned Strings occupying 2830304 bytes.

通過命令 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 12632
Dumping heap to /usr/local/heap.hprof ...
Heap dump file created

 好了，介紹了dump文件的生成，下面分析工具MAT就要粉墨登場了。

MAT

MAT（Eclipse Memory Analyzer）是一種快速且功能豐富的Java堆分析器，它幫助查找內存泄漏并減少內存消耗。使用內存分析器分析具有數億個對象的高效堆轉儲，快速計算對象的保留大小，查看誰在阻止垃圾收集器收集對象，運行報告以自動提取泄漏嫌疑。官網地址https://www.eclipse.org/mat，下載地址為https://www.eclipse.org/mat/downloads.php。我們可以在下載頁面看到：MAT可以獨立運行，也可以通過插件的形式在Eclipse中安裝使用，具體的安裝過程就不再這里介紹了，我是下載的獨立運行的程序包。

MAT的官方文檔地址https://help.eclipse.org/2019-09/index.jsp?topic=/org.eclipse.mat.ui.help/welcome.html， 里面做了很詳細的介紹。

下面我們通過一個例子，來介紹一下MAT的使用。我們創建一個springboot應用程序，controller代碼如下：通過往成員變量userList中一直添加user對象來構造堆內存溢出。controller中heap方法的注釋中表明了運行時添加的JVM參數 -Xmx32M -Xms32M -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=./  設置堆內存最大為32兆，當內存溢出時自動在當前目錄生成dump文件。

@RestController
public class MemoryController {
	
	private List<User> userList = new ArrayList<User>();
 
	/**
	 *-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類代碼如下：

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
}

設置JVM參數運行如下：

然后啟動springboot應用，啟動端口為9999，訪問 http://localhost:9999/heap 后觸發堆內存溢出，可以看到控制臺輸出已經生成了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

下面我們打開MAT，選擇File——>Open Heap Dump，打開我們上面生成的dump文件

點擊finish后，會看到如下界面：

 從上圖可以看到它的主要功能：

• 1. Histogram可以列出內存中的對象，對象的個數以及大小（對象大小的單位是byte）。

• 2. Dominator Tree可以列出對象占用的大小及百分比等。

• 3.Top consumers通過圖形列出最大的對象。

• 4.Leak Suspects通過MA自動分析，會出具內存泄漏可能產生的原因的報告。

在MAT的圖表中，有一些常用選項：

• list objects -- with outgoing references : 查看這個對象持有的外部對象引用。

• list objects -- with incoming references : 查看這個對象被哪些外部對象引用。

• show objects by class  --  with outgoing references ：查看這個對象類型持有的外部對象引用

• show objects by class  --  with incoming references ：查看這個對象類型被哪些外部對象引用

• paths to gc root : 顯示不同類型引用(強引用、弱引用、虛引用、軟引用 )到跟節點的路徑。

• merge shorest path to gc root : 合并最短路徑到root節點

• Shallow size：就是對象本身占用內存的大小，不包含其引用的對象，也就是對象頭加成員變量（不是成員變量的值）的總和。

• Retained size：是該對象自己的shallow size，加上從該對象能直接或間接訪問到對象的shallow size之和。換句話說，retained size是該對象被GC之后所能回收到內存的總和。這個是需要重點關注的，一般這個Retained size比較大的對象就是跟內存溢出相關的。

 對于上圖左邊的object1，object1大小就是shallow size，object1及所有藍色對象就是該對象直接或是間接引用的就是retained size。右圖中object4還被gc roots引用到，那么retained size就不包含這個。

Top consumers視圖

Top consumers如下圖：這里顯示了內存中最大的對象有哪些，他們對應的類是哪些，類加載器classloader是哪些。可以看到MemoryController類的對象占用了15MB的堆內存，占比達50%多，這是很不正常的。我這里只截圖了關于對象相關的，后面還會有類，類加載器，包相關的信息，就不一一截圖了，大家可以自己看一下。

Leak Suspects視圖

Leak Suspects（內存泄露分析）如下圖：內存泄露分析報告懷疑有兩個內存泄露嫌疑，顯示我們看到Problem Suspect 1顯示MemoryController類對象占用了57.74%的內存，這部分內存積聚在一個Object[]中。

接下來我們點擊Problem Suspect 1 中的Details查看詳情，可以看到如下所示：通過圖示也可以看到MemoryController中的userList占用了15兆多的內存，userList中存儲的是user對象，這些user對象都存儲在ArrayList中的Object[] elementData 中，查看ArrayList源碼就知道了。另外，還可以看到是在org.apache.tomcat.util.threads.TaskThread @ 0xfecb3220 http-nio-9999-exec-3 Thread 這個線程中創建的。

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

通過點擊右鍵，可以通過List objects-with outgoing references : 查看這個對象持有的外部對象引用。

 Histogram視圖

Histogram視圖中我們可以使用正則表達式進行刪選，我是按照com.wkp進行篩選的，可以看到有111305個user對象，我們通過merge shorest path to gc roots可以查找user對象的GC Roots，通過exclude all phantom/weak/soft etc.references去排除掉虛引用、弱引用、軟引用等，

查看GC Roots如下， 可以看到http-nio-9999-exec-3 Thread 這個線程就是GC Roots，就是因為這個線程中userList中存儲了太多的user對象導致堆內存撐爆了，才會出現內存溢出的。

Dominator Tree視圖

Dominator Tree可以列出對象占用空間大小及百分比等信息。可以看到跟上面的視圖類似，可以看到MemoryController對象的Shallow Heap才16byte，但是Retained Heap卻達到了15MB多，這是極其不正常的，這種就是內存泄露的重點懷疑對象。

 關于jmap和MAT的使用就先介紹到這里，因為這個內存溢出是我們手動構造出來的，查找比較簡單，真的到了生產上面需要我們仔細排除。總的來說查找內存溢出的原因，總結如下兩點：

• 1.首先看retained size最大的那些數據，一般看內存都是想解決內存泄漏問題，可以通過Top Consumers或者是donimator tree等actions。

• 2.找到最大的數據后，通過list objects -- with outgoing references 查看具體持有了哪些對象。

上述內容就是如何使用jmap和MAT進行堆內存溢出分析，你們學到知識或技能了嗎？如果還想學到更多技能或者豐富自己的知識儲備，歡迎關注億速云行業資訊頻道。