一文教会你使用jmap和MAT进行堆内存溢出分析

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 -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选项介绍如下：

 注意：使用 jmap -histo:live <pid>或者jmap -dump:live,format=b,file=<filename> <pid> 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 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中打印结果如下：可以看到了元空间，没有了永久代

[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 12632
Dumping heap to /usr/local/heap.hprof ...
Heap dump file created

 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。

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。

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。

@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：

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

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

点击finish后，会看到如下界面：

 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。

 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。

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。

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 = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

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。

 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，

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。

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。

 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。

来源：https://blog.csdn.net/u012988901/article/details/100905820