java 第三方內(nèi)存分析工具M(jìn)AT怎么用

java 第三方內(nèi)存分析工具M(jìn)AT怎么用，相信很多沒有經(jīng)驗(yàn)的人對此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個(gè)問題。

tags: java,troubleshooting,monitor,mat

一句話概括：MAT是一個(gè)強(qiáng)大的內(nèi)存分析工具，可以快捷、有效地幫助我們找到內(nèi)存泄露，減少內(nèi)存消耗分析工具，下文將進(jìn)行講解。

1 引言

之前的文章有提過，內(nèi)存中堆的使用情況是應(yīng)用性能監(jiān)測的重點(diǎn)，而對于堆的快照，可以dump出來進(jìn)一步分析，總的來說，一般我們對于堆dump快照有三種方式：

• 添加啟動(dòng)參數(shù)發(fā)生OOM時(shí)自動(dòng)dump： java應(yīng)用的啟動(dòng)參數(shù)一般最好都加上-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError及-XX:HeapDumpPath=logs/heapdump.hprof，即在發(fā)生OOM時(shí)自動(dòng)dump堆快照，但這種方式相當(dāng)來說是滯后的（需要等到發(fā)生OOM后）。

• 使用命令按需手動(dòng)dump： 我們也可以使用jmap -dump:format=b,file=HeapDump.hprof <pid>工具手動(dòng)進(jìn)行堆dump和線程dump

• 使用工具手動(dòng)dump： 如上一篇文章對jconsole及jvisualvm的講解中講到，jvisualvm有提供dump堆快照的功能，點(diǎn)擊一下即可。

那么，對于dump出來的文件，如何對它們進(jìn)行分析？jvisualvm可以直接裝入快照文件進(jìn)行分析，而本文所介紹的MAT，相對來說內(nèi)存分析功能更強(qiáng)大，它可以自動(dòng)檢測有可能發(fā)生問題（特別是內(nèi)存溢出、內(nèi)存泄露）的地方，也可以詳細(xì)查看類內(nèi)存占用情況，方法級的調(diào)用情況等，是一個(gè)分析內(nèi)存狀況的不可多得的工具。

2 MAT工具介紹

MAT(Memory Analyzer tool)是一款內(nèi)存分析器工具，它是一個(gè)快速且功能豐富的堆內(nèi)存分析器，幫助我們查找內(nèi)存泄漏和分析高內(nèi)存消耗問題。官方網(wǎng)站是：https://www.eclipse.org/mat/，有興趣可以上去看一下。使用MAT，可以輕松實(shí)現(xiàn)以下功能：

• 找到最大的對象，因?yàn)镸AT提供顯示合理的累積大?。?code>retained size）

• 探索對象圖，包括inbound和outbound引用，即引用此對象的和此對象引出的。

• 查找無法回收的對象，可以計(jì)算從垃圾收集器根到相關(guān)對象的路徑

• 找到內(nèi)存浪費(fèi)，比如冗余的String對象，空集合對象等等

3 MAT工具安裝

MAT安裝有兩種方式，一種是以eclipse插件方式安裝，一種是獨(dú)立安裝。在MAT的官方文檔中有相應(yīng)的安裝文件下載，下載地址為：https://www.eclipse.org/mat/downloads.php

• 若使用eclipse插件安裝，help -> install new soft點(diǎn)擊ADD，在彈出框中添加插件地址：http://download.eclipse.org/mat/1.9.0/update-site/，也可以直接在下載頁面下載離線插件包，以離線方式安裝。

• 獨(dú)立安裝，windows下，根據(jù)系統(tǒng)直接下載Windows (x86)或Windows (x86_64)，下載時(shí)可以選擇適合自己的鏡像，雙擊安裝即可。

4 MAT工具使用

MAT定位是內(nèi)存分析工具，它的主要功能就是對內(nèi)存快照進(jìn)行分析，幫助我們找到有可能內(nèi)存溢出或內(nèi)存泄漏的地方，因此，找到占用內(nèi)存大的對象和找出無法回收的對象是其主要目的。MAT官方文檔，地址如下：https://help.eclipse.org/2019-06/index.jsp?topic=/org.eclipse.mat.ui.help/welcome.html，對MAT的使用進(jìn)行描述，有興趣的同學(xué)可以上去看看。下面主要對MAT的常用概念、常用的功能進(jìn)行介紹。

下文中，以java-monitor-example(https://github.com/mianshenglee/my-example/tree/master/java-monitor-example)為例，此示例是一個(gè)簡單的spring boot工程，里面的一個(gè)controller中的user/oom接口調(diào)用的service對象通過List成員不斷地添加User對象，最終導(dǎo)致OOM的發(fā)生，應(yīng)用的啟動(dòng)參數(shù)是-Xms64m -Xmx64m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=${APP_HOME}/logs/heapdump.hprof。

4.1 MAT相關(guān)概念說明

4.1.1 內(nèi)存泄漏與內(nèi)存溢出

• 內(nèi)存泄露：對象已經(jīng)沒用了（不被任何程序邏輯所需要），還存在被根元素引用的情況，無法通過垃圾收集器進(jìn)行自動(dòng)回收，需要通過找出泄漏的代碼位置和原因，才好確定解決方案；

• 內(nèi)存溢出：內(nèi)存中的對象都還存活著，JVM的堆分配空間不足，需要檢查堆設(shè)置大?。?Xmx與-Xms），代碼是否存在對象生命周期太長、持有狀態(tài)時(shí)間過長的情況。

4.1.2 引用（強(qiáng)引用，軟引用，弱引用，虛引用）

• Strong Ref(強(qiáng)引用)：強(qiáng)可達(dá)性的引用，對象保存在內(nèi)存中，只有去掉強(qiáng)可達(dá)，對象才被回收，通常我們編寫的代碼都是Strong Ref。

• Soft Ref(軟引用)：對應(yīng)軟可達(dá)性，只要有足夠的內(nèi)存，就一直保持對象，直到發(fā)現(xiàn)內(nèi)存吃緊且沒有Strong Ref時(shí)才回收對象。一般可用來實(shí)現(xiàn)緩存，通過java.lang.ref.SoftReference類實(shí)現(xiàn)。

• Weak Ref(弱引用)：比Soft Ref更弱，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不存在Strong Ref時(shí)，立刻回收對象而不必等到內(nèi)存吃緊的時(shí)候。通過java.lang.ref.WeakReference和java.util.WeakHashMap類實(shí)現(xiàn)。

• Phantom Ref(虛引用)：根本不會在內(nèi)存中保持任何對象，你只能使用Phantom Ref本身。一般用于在進(jìn)入finalize()方法后進(jìn)行特殊的清理過程，通過 java.lang.ref.PhantomReference實(shí)現(xiàn)。

4.1.3 shallow heap及retained heap

• shallow heap：對象本身占用內(nèi)存的大小，也就是對象頭加成員變量（不是成員變量的值）的總和，如一個(gè)引用占用32或64bit，一個(gè)integer占4bytes，Long占8bytes等。如簡單的一個(gè)類里面只有一個(gè)成員變量int i，那么這個(gè)類的shallo size是12字節(jié)，因?yàn)閷ο箢^是8字節(jié)，成員變量int是4字節(jié)。常規(guī)對象（非數(shù)組）的Shallow size有其成員變量的數(shù)量和類型決定，數(shù)組的shallow size有數(shù)組元素的類型（對象類型、基本類型）和數(shù)組長度決定。

• retained heap：如果一個(gè)對象被釋放掉，那會因?yàn)樵搶ο蟮尼尫哦鴾p少引用進(jìn)而被釋放的所有的對象（包括被遞歸釋放的）所占用的heap大小，即對象X被垃圾回收器回收后能被GC從內(nèi)存中移除的所有對象之和。相對于shallow heap，Retained heap可以更精確的反映一個(gè)對象實(shí)際占用的大?。ㄈ粼搶ο筢尫?，retained heap都可以被釋放）。

4.1.4 outgoing references與incoming references

• outgoing references ：表示該對象的出節(jié)點(diǎn)（被該對象引用的對象）。

• incoming references ：表示該對象的入節(jié)點(diǎn)（引用到該對象的對象）。

4.1.5 Dominator Tree

將對象樹轉(zhuǎn)換成Dominator Tree能幫助我們快速的發(fā)現(xiàn)占用內(nèi)存最大的塊，也能幫我們分析對象之間的依賴關(guān)系。Dominator Tree有以下幾個(gè)定義：

• 對象X Dominator（支配）對象Y，當(dāng)且僅當(dāng)在對象樹中所有到達(dá)Y的路徑都必須經(jīng)過X

• 對象Y的直接Dominator，是指在對象樹中距離Y最近的Dominator

• Dominator tree利用對象樹構(gòu)建出來。在Dominator tree中每一個(gè)對象都是他的直接Dominator的子節(jié)點(diǎn)。

對象樹和Dominator tree的對應(yīng)關(guān)系如下:

如上圖，因?yàn)锳和B都引用到C，所以A釋放時(shí)，C內(nèi)存不會被釋放。所以這塊內(nèi)存不會被計(jì)算到A或者B的Retained Heap中，因此，對象樹在轉(zhuǎn)換成Dominator tree時(shí)，會A、B、C三個(gè)是平級的。

4.1.6 Garbage Collection Roots（GC root）

在執(zhí)行GC時(shí)，是通過對象可達(dá)性來判斷是否回收對象的，一個(gè)對象是否可達(dá)，也就是看這個(gè)對象的引用連是否和GC Root相連。一個(gè)GC root指的是可以從堆外部訪問的對象，有以下原因可以使一個(gè)對象成為GC root對象。

• System Class: 通過bootstrap/system類加載器加載的類，如rt.jar中的java.util.*

• JNI Local: JNI方法中的變量或者方法形參

• JNI Global：JNI方法中的全局變量

• Thread Block：線程里面的變量，一個(gè)活著的線程里面的對象肯定不能被回收

• Thread：處于激活狀態(tài)的線程

• Busy Monitor：調(diào)用了wait()、notify()方法，或者是同步對象，例如調(diào)用synchronized(Object) 或者進(jìn)入一個(gè)synchronized方法后的當(dāng)前對象

• Java Local：本地變量，例如方法的輸入?yún)?shù)或者是方法內(nèi)部創(chuàng)建的仍在線程堆棧里面的對象

• Native Stack：Java 方法中的變量或者方法形參.

• Finalizable：等待運(yùn)行finalizer的對象

• Unfinalized：有finalize方法，但未進(jìn)行finalized，且不在finalizer隊(duì)列的對象。

• Unreachable：通過其它root都不可達(dá)的對象，MAT會把它標(biāo)記為root以便于分析回收。

• Java Stack Frame：java棧幀

• Unknown

4.2 Leak Suspects自動(dòng)分析泄漏

當(dāng)發(fā)生OOM獲取到heapdump.hprof文件或者手動(dòng)dump出文件后，使用MAT打開文件。打開后默認(rèn)會提示是否進(jìn)行內(nèi)存泄漏檢測報(bào)告（如果打開Dump時(shí)跳過了的話，也可以從其它入口進(jìn)入工具欄上的 Run Expect System Test -> Leak Suspects），如下圖所示：

選擇是后進(jìn)入報(bào)告內(nèi)容，此報(bào)告內(nèi)容會幫我們分析的可能有內(nèi)存泄露嫌疑的地方，它會把累積內(nèi)存占用較大的通過餅狀圖顯示出來。如下圖所示：

如上圖，報(bào)告已指出UserService占用了76.73%的內(nèi)存，而這些內(nèi)存都在Object[]這個(gè)數(shù)組中。因此，很大一種可能是這個(gè)對象中的數(shù)組數(shù)量過大。點(diǎn)擊Details可以查看更詳細(xì)的內(nèi)容：

在此詳細(xì)而，Shortest Paths To the Accumulation Point可以顯示出到GC roots的最短路徑，由此可以分析是由于和哪個(gè)GC root相連導(dǎo)致當(dāng)前Retained Heap占用相當(dāng)大的對象無法被回收，本示例中，GC root是線程的本地變量(java local)。Accumulated Objects in Dominator Tree以Dominator Tree為視圖，可以方便的看出受當(dāng)前對象“支配”的對象中哪個(gè)占用Retained Heap比較大。圖中可看出對象都在ArrayList中，而ArrayList下有Object數(shù)組，數(shù)組下是User對象。此可以知道問題出在哪里了。需要針對這個(gè)位置，查看代碼，找出導(dǎo)致這個(gè)數(shù)組存儲的User過量的原因。

注：在原始堆轉(zhuǎn)儲文件的目錄下，MAT已經(jīng)將報(bào)告的內(nèi)容壓縮打包到一個(gè)zip文件，命名為“xxx_Leak_Suspects.zip”，整個(gè)報(bào)告是一個(gè)HTML格式的文件，可以用瀏覽器直接打開查看，可以方便進(jìn)行報(bào)告分發(fā)、分享。

4.3 histogram視圖查看對象個(gè)數(shù)與大小

點(diǎn)擊Overview頁面Actions區(qū)域內(nèi)的“Histogram視圖”或點(diǎn)擊工具欄的“histogram”按鈕，可以顯示直方圖列表，它以Class類的維度展示每個(gè)Class類的實(shí)例存在的個(gè)數(shù)、 占用的Shallow heap 和 Retained內(nèi)存大小，可以分別排序顯示。如下圖所示：

Shallow Heap與Retained Heap的概念前面已經(jīng)講過。 對于java的對象，其成員基本都是引用。真正的內(nèi)存都在堆上，看起來是一堆原生的byte[], char[], int[]，因此如果只看對象本身的內(nèi)存，數(shù)量都很小，而多數(shù)情況下，在Histogram視圖看到實(shí)例對象數(shù)量比較多的類都是一些基礎(chǔ)類型（通常都排在前面），如char[]、String、byte[]，所以僅從這些是無法判斷出具體導(dǎo)致內(nèi)存泄露的類或者方法的。從上圖中，可以直接看到User對象的數(shù)量很多，有時(shí)不容易看出來的，可以使用工具欄中的group result by 可以以super class,class loader等排序，需要特別注意自定義的classLoader，如下圖：

通常，如果Histogram視圖展示的數(shù)量多的實(shí)例對象不是基礎(chǔ)類型，而是用戶自定義的類或者有嫌疑的類，就要重點(diǎn)關(guān)注查看。想進(jìn)一步分析的，可以右鍵，選擇使用List objects 或 Merge Shortest Paths to GC roots等功能繼續(xù)鉆取數(shù)據(jù)。其中list objects分別有outgoing references及incoming references，可以找出由這個(gè)對象出去的引用及通過哪些引用到這個(gè)對象的。Merge Shortest Paths to GC roots可以排除掉所有不是強(qiáng)引用的，找到這個(gè)對象的到GC root的引用路徑。最終目的就是找到占用內(nèi)存最大對象和無法回收的對象，計(jì)算從垃圾收集器根到相關(guān)對象的路徑，從而根據(jù)這個(gè)對象路徑去檢查代碼，找出問題所在。

4.4 Dominator Tree視圖

點(diǎn)擊Overview頁面Actions區(qū)域內(nèi)的“Dominator Tree視圖”或點(diǎn)擊工具欄的“open Dominator Tree”按鈕，可以進(jìn)入 Dominator Tree視圖。該視圖以實(shí)例對象的維度展示當(dāng)前堆內(nèi)存中Retained Heap占用最大的對象，以及依賴這些對象存活的對象的樹狀結(jié)構(gòu)。如下圖：

視圖展示了實(shí)例對象名、Shallow Heap大小、Retained Heap大小、以及當(dāng)前對象的Retained Heap在整個(gè)堆中的占比。該圖是樹狀結(jié)構(gòu)的，當(dāng)上一級的對象被回收，那么，它引用的子對象都會被回收，這也是Dominator的意義，當(dāng)父節(jié)點(diǎn)的回收會導(dǎo)致子節(jié)點(diǎn)也被回收。通過此視圖，可以很方便的找出占用Retained Heap內(nèi)存最多的幾個(gè)對象，并表示出某些objects的是因?yàn)槟男﹐bjects的原因而存活。本示例中，可以看出是由于UserService中的ArrayList引用的數(shù)組存儲過量的User對象。

4.5 線程視圖查看線程棧運(yùn)行情況

點(diǎn)擊工具欄的“齒輪”按鈕，可以打開Thread Overview視圖，可以查看線程的棧幀信息，包括線程對象/線程棧信息、線程名、Shallow Heap、Retained Heap、類加載器、是否Daemon線程等信息。結(jié)合內(nèi)存Dump分析，看到線程棧幀中的本地變量，在左下方的對象屬性區(qū)域還能看到本地變量的屬性值。如按上面的示例（shortest paths to GC root），知道是由于線程Thread-12是GC-root占用內(nèi)存大，在線程視圖中，就可以著重看它的屬性情況，如下圖：

由上圖可以看到此線程調(diào)用WithOOM方法，使用了變量UserService，而變量使用了userList，它包含了大量的User對象，占用retained heap很大。

對于java應(yīng)用的內(nèi)存分析，需要對java應(yīng)用的內(nèi)存進(jìn)行dump操作，生成內(nèi)存快照后，使用MAT進(jìn)行分析，找出大對象，找到內(nèi)存泄漏或溢出的地方，從而分析代碼，解決問題。本文對MAT的使用場景，基本概念，安裝、使用進(jìn)行了詳細(xì)介紹，大家可以自己安裝一下，寫個(gè)小示例或者拿本文中的示例，實(shí)踐一下。通過本文，希望可以幫助大家更方便，更有效率地分析內(nèi)存，解決java應(yīng)用的內(nèi)存故障問題。

看完上述內(nèi)容，你們掌握java 第三方內(nèi)存分析工具M(jìn)AT怎么用的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！