JVM 内存分析工具 - MAT

原创
10/29 17:14
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MAT(Memory Analyzer Tools)是一个快速且功能丰富的 Java 堆分析器,可帮助您查找内存泄漏并减少内存消耗。使用 MAT 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,查看谁阻止垃圾收集器收集对象,运行报告以自动提取泄漏嫌疑者。

1 简介

MAT 是一款非常强大的内存分析工具,在 Eclipse 中有相应的插件,同时也有单独的安装包。在进行内存分析时,只要获得了反映当前设备内存映像的 hprof 文件,通过 MAT 打开就可以直观地看到当前的内存信息。

2 使用

2.1 准备 MAT

下载独立版本的 MAT,下载地址:https://www.eclipse.org/mat/downloads.php,下载后解压。找到 MemoryAnalyzer.ini 文件,该文件里面有个 Xmx 参数,该参数表示最大内存占用量,默认为 1024m,根据堆转储文件大小修改该参数即可。

2.2 准备堆转储文件(Heap Dump)

堆转储文件(Heap Dump)是 Java 进程在某个时间内的快照(.hprof 格式)。它在触发快照的时候保存了很多信息,如:Java 对象和类信息(通常在写堆转储文件前会触发一次 Full GC)。

堆转储文件信息:

  • 所有的对象信息,包括对象实例、成员变量、存储于栈中的基本类型值和存储于堆中的其他对象的引用值。
  • 所有的类信息,包括 classloader、类名称、父类、静态变量等。
  • GC Root 到所有的这些对象的引用路径。
  • 线程信息,包括线程的调用栈及此线程的线程局部变量(TLS)。

多种方式获取堆转储文件:

  • 通过 jmap 命令可以在 cmd 里执行:jmap -dump:format=b,file=<文件名.hprof> <pid>
  • 如果想在发生内存溢出的时候自动 dump,需要添加下面 JVM 参数:-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
  • 使用 Ctrl+Break 组合键主动获取获取,需要添加下面 JVM 参数:-XX:+HeapDumpOnCtrlBreak
  • 使用 HPROF Agent 可以在程序执行结束时或受到 SIGOUT 信号时生成 Dump 文件,配置在虚拟机的参数如下:-agentlib:hprof=heap=dump,format=b
  • 使用 JConsole 获取。
  • 使用 Memory Analyzer Tools 的 File -> Acquire Heap Dump 功能获取。

2.3 分析堆转储文件

打开 MAT 之后,加载 dump 文件,差不多就下面这样的界面:

常用的两个功能:Histogram、 Leak Suspects

2.3.1 Histogram

Histogram 可以列出内存中的对象,对象的个数及其内存大小,可以用来定位哪些对象在 Full GC 之后还活着,哪些对象占大部分内存。

  • Class Name:类名称,Java 类名。
  • Objects:类的对象的数量,这个对象被创建了多少个。
  • Shallow Heap:对象本身占用内存的大小,不包含其引用的对象内存,实际分析中作用不大。常规对象(非数组)的 Shallow Size 由其成员变量的数量和类型决定。数组的 Shallow Size 由数组元素的类型(对象类型、基本类型)和数组长度决定。对象成员都是些引用,真正的内存都在堆上,看起来是一堆原生的 byte[], char[], int[],对象本身的内存都很小。
  • Retained Heap:计算方式是将 Retained Set(当该对象被回收时那些将被 GC 回收的对象集合)中的所有对象大小叠加。或者说,因为 X 被释放,导致其它所有被释放对象(包括被递归释放的)所占的 heap 大小。Retained Heap 可以更精确的反映一个对象实际占用的大小。

Retained Heap 例子:一个 ArrayList 对象持有 100 个对象,每一个占用 16 bytes,如果这个 list 对象被回收,那么其中 100 个对象也可以被回收,可以回收 16*100 + X 的内存,X 代表 ArrayList 的 shallow 大小。


在上述列表中选择一个 Class,右键选择 List objects > with incoming references,在新页面会显示通过这个 class 创建的对象信息。


继续选择一个对象,右键选择 Path to GC Roots > **** ,通常在排查**内存泄漏(一般是因为存在无效的引用)**的时候,我们会选择 exclude all phantom/weak/soft etc.references,意思是查看排除虚引用/弱引用/软引用等的引用链,因为被虚引用/弱引用/软引用的对象可以直接被 GC 给回收,我们要看的就是某个对象否还存在 Strong 引用链(在导出 Heap Dump 之前要手动触发 GC 来保证),如果有,则说明存在内存泄漏,然后再去排查具体引用。

这时会拿到 GC Roots 到该对象的路径,通过对象之间的引用,可以清楚的看出这个对象没有被回收的原因,然后再去定位问题。如果上面对象此时本来应该是被 GC 掉的,简单的办法就是将其中的某处置为 null 或者 remove 掉,使其到 GC Root 无路径可达,处于不可触及状态,垃圾回收器就可以回收了。反之,一个存在 GC Root 的对象是不会被垃圾回收器回收掉的。

2.3.2 Leak Suspects

Leak Suspects 可以自动分析并提示可能存在的内存泄漏,可以直接定位到 Class 及对应的行数。


比如:这里问题一的描述,列出了一些比较大的实例。点击 Details 可以看到细节信息,另外还可点击 See stacktrace 查看具体的线程栈信息(可直接定位到具体某个类中的方法)。

在 Details 详情页面 Shortest Paths To the Accumulation Point 表示 GC root 到内存消耗聚集点的最短路径,如果某个内存消耗聚集点有路径到达 GC root,则该内存消耗聚集点不会被当做垃圾被回收。

实战:在某项目中,其中几个 Tomcat 响应特别慢,打开 Java VisualVM 观察 Tomcat(pid xxx)-Visual GC 发现 Spaces-Old 升高,Graphs-GC Time 比较频繁且持续时间长、有尖峰(重启后过段时间又出现了),最后通过 Leak Suspects 中的 See stacktrace 定位到某个查询接口,仔细排查代码后发现有个 BUG:在特定查询条件下会一次性查询几万的数据出来(因为脏数据),处理过后恢复正常。

2.3.3 内存快照对比

为了更有效率的找出内存泄露的对象,一般会获取两个堆转储文件(先 dump 一个,隔段时间再 dump 一个),通过对比后的结果可以很方便定位。


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