Java内存分析工具MAT(Memory Analyzer Tool)安装使用实例

桃扇骨 2022-05-25 13:37 1269阅读 0赞

#  #

**1. 前言**

生产环境中，一旦出现内存泄漏，长期运行下非常容易引发内存溢出（OutOfMemory，OOM）故障，如果没有一个好的工具提供给开发人员定位问题和分析问题，那么这将会是一场**噩梦**。为此，JDK提供了一些内存泄漏的分析工具，如jconsole，jvisualvm等，用于辅助开发人员定位问题，但是这些工具很多时候并不足以满足快速定位的需求。

【特别说明】如有任何疑问，可通过二维码提问：

![20180516103418556][]

## **2. jmap命令** ##

既然要分析内存，首先需要获取可供分析的原始内存文件，这就需要用到jmap命令。jmap是JDK自带的一种用于生成内存镜像文件的工具，通过该工具，开发人员可以快速生成dump文件。开发人员可以使用命令“jmap -help”查看jmap的常用命令，如下所示：

controller-192-168-1-3:~ # jmap
    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

在此大家需要注意，jmap工具有一部分命令仅限于Linux和Solaris平台，而Windows平台下能够使用的命令只有“jmap -histo<pid>”和“jmap -dump:<dump-options><pid>”。不过一般来说，使用命令“jmap -dump:<dump-options><pid>”生成dump文件应该是最常用的命令之一，由于生成dump文件时比较耗时的，因此大家需要耐心等待，尤其是大内存镜像生成dump文件则需要耗费更长的时间来完成。

## **3. MAT工具的下载和安装** ##

MAT(Memory Analyzer Tool)工具是eclipse的一个插件(MAT也可以单独使用)，使用起来非常方便，尤其是在分析大内存的dump文件时，可以非常直观的看到各个对象在堆空间中所占用的内存大小、类实例数量、对象引用关系、利用OQL对象查询，以及可以很方便的找出对象GC Roots的相关信息，当然最吸引人的还是能够快速为开发人员生成内存泄露报表，方便定位问题和分析问题。

MAT工具的下载地址为：[http://www.eclipse.org/mat/downloads.php][http_www.eclipse.org_mat_downloads.php]

![2018051519185910][]

下载完成后，直接解压，运行其中的MemoryAnalyzer.exe文件即可启动MAT工具，如下所示：

![20180515192131302][]

本文所使用的MAT工具的版本为最新的1.7.0，只要确保机器上装有JDK并配置好相关的环境变量，MAT可正常启动。

## **4. 使用MAT工具进行内存泄露分析** ##

获取dump文件有两种方法：

*  其一，通过上面介绍的 jmap工具生成，可以生成任意一个java进程的dump文件；
 *  其二，通过配置JVM参数生成，选项“-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError ”和-“XX:HeapDumpPath”所代表的含义就是当程序出现OutofMemory时，将会在相应的目录下生成一份dump文件，而如果不指定选项“XX:HeapDumpPath”则在当前目录下生成dump文件。

虽然有两种方式获取dump文件，但是考虑到生产环境中几乎不可能在线对其进行分析，大都是采用离线分析，因此使用jmap+MAT工具是最常见的组合。

为了演示MAT的使用方法，本文采用jamp生成了一个Java继承的dump文件。

###     4.1 Overview选项 ###

当成功启动MAT后，通过菜单选项“File->Open heap dump...”打开指定的dump文件后，将会生成Overview选项，如下所示：

![20180515195014990][]

在Overview选项中，以饼状图的形式列举出了程序内存消耗的一些基本信息，其中每一种不同颜色的饼块都代表了不同比例的内存消耗情况。

### 4.2 Dominator Tree ###

如果说需要定位内存泄露的代码点，我们可以通过Dominator Tree菜单选项来进行排查。Dominator Tree提供了一个列表。Dominator Tree：对象之间dominator关系树。如果从GC Root到达Y的的所有path都经过X，那么我们称X dominates Y，或者X是Y的Dominator 。Dominator Tree由系统中复杂的对象图计算而来。从MAT的dominator tree中可以看到占用内存最大的对象以及每个对象的dominator，如下所示：

![20180515195451441][]

点开“+”符号，可以进一步查看内层应用情况，同时还可以看到对应类对象的属性值，如下所示：

![20180515205605319][]

###     ###

### 4.3 Histogram选项 ###

进一步，可以通过Histogram分析，Histogram列出了每个类的实例数量，点击Action下的Histogram，得到以下结果：

![20180515195958704][]

如果需要查询特性的某个类，我们可以在第一行输入类名或者关键词进行正则匹配查找，如查找“netty”：

![20180515200323776][]

可以看出，查找“netty”输出的结果列表是无序的，如果匹配到的结果很多，查找起来比较困难，因此，我们可以对结果进行排序：选中结果列表的任意一行，鼠标右键-》Colums->Sort By->如Class Name，结果如下：

![20180515201028836][]

当我们找到疑似存在泄漏的类之后，我们可以进行进一步分析。比较重要的一点，选中疑似类，右键出来选中List Objects,得到的结果再右键选中"Paths to GC Roots",我们可以通过它快速找到GC ROOT，如果存在GC ROOT，它就不会被回收。

###     ###

### 4.4 Path to GC Roots  ###

查看一个对象到RC Roots的引用链

通常在排查内存泄漏的时候，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HeapDump之前要手动出发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。

![20180515202324282][]

**其它重要选项：**

1. List objects ：  
with incoming references 引用到该对象的对象  
with outcoming references 被该对象引用的对象

2. Show objects by class ：   
incoming references 引用到该对象的对象  
outcoming references 被该对象引用的对象

###    4.5 OQL(Object Query Language)  ###

##  ##

类似SQL查询语言  
Classes：Table  
Objects：Rows  
Fileds： Cols

`select * from com.example.mat.Listener`

**查找size＝0并且未使用过的ArrayList**   
`select * from java.util.ArrayList where size=0 and modCount=0`

**查找所有的Activity**   
select \* from instanceof android.app.Activity

###  4.6  利用Histogram和Dominator Tree分析内存泄露 ###

在分析内存泄露时，必须要掌握粒度，所谓粒度就是你此刻dump的hprof文件究竟是分析谁的泄露，如果你在开始前心中没有个目标，最后取出来的hprof也分析不出什么原因。粒度越小，对你分析问题也就越有利，当你把一个个小粒度问题解决后，整个App的泄露就迎刃而解了。也许这么说，大家心中有点迷糊。下面就举例来说吧：

假如现在有个项目包含Module几十个，每个Module包含的Activity数以百计，现在让你分析它是否内存泄露，如果你只是胡乱抓个hprof根本分析不出什么。假如你就针对某个Activity分析这样问题就简单多了。比如你现在分析ActivityA的内存泄露问题，你可以参考如下步骤：

Step1：进入ActivityA之前，你先dump个hprof文件HprofA；

Step2：进入ActivityA操作一会，再退出ActivityA后dump个hprof文件HprofB；

Step3：采用Histogram和Dominator Tree对比分析这两个Hprof文件，即可得出ActivityA是否泄露

现在以分析TestActivity为例，按上述步骤实战分析，先抓取进入TestActivity前后的hprof文件，按如下步骤对比两个hprof的异同，如下图1,2：

![70][]

图1 选择所需比较的hprof

![70 1][]

图2 比较两个hprof

正如图2所示，易知在执行进出TestActivity后，多出了个TestActivity对象，按理论上来说在进入Activity后会创建个Activity，但是按Back键返回后这个Activity就会被销毁进而从Task栈上被移除，也就是说这个操作前后不应该会多出个Activity，因此可以断定TestActivity存在泄漏。

TestActivity存在泄漏，那我们应该怎么解决呢？因此我们就需要找到为何泄漏，为什么本该销毁的Activity却没有被销毁？如知真相如何，请看下图3-4

![70 2][]

图3 获取TestActivity的Reference chain

![70 3][]

图4 TestActivity的引用关系

从图4易知TestActivity没有被释放就是因为GC Root(TestActivity$1)引用着TestActivity，到此原因也一目了然。找到了只是开始，解决才是关键。这时让我们查看下TestActivity代码：

public class TestActivity extends Activity {   
        private static final Object mLock = new Object(); 
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        
            super.onCreate(savedInstanceState);
            DebugUtil.StrictModeDebug();
            setContentView(R.layout.test_main);   
            new Thread(){//匿名线程
                public void run() {
                    synchronized (mLock) {
                        try {
                            mLock.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            // TODO Auto-generated catch block
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }.start();
        }
    }

从代码上可以发现TestActivity里存在个匿名线程，且一直处于等待状态，直到退出TestActivity仍未被唤醒，进而导致该线程就一直没有结束，它所持有的TestActivity也就无法被释放了（可能大家听到此处会很疑惑，线程没有结束可以理解，但是它并没有持有TestActivity呀？我只能说是隐含this，如还不明白，请自行参阅java内部类相关内容），如要解决此泄露，只需在Activity的onDestory里将线程唤醒让其可以正常结束就OK了。

**优化建议**

1.  使用线程时，一定要确保线程在周期性对象（如Activity）销毁时能正常结束，如能正常结束，但是Activity销毁后还需执行一段时间，也可能造成泄露，此时可采用WeakReference方法来解决，另外在使用Handler的时候，如存在Delay操作，也可以采用WeakReference；
2.  使用Handler + HandlerThread时，记住在周期性对象销毁时调用looper.quit()方法；
3.  建议少使用匿名类或内部类，可考虑使用嵌套类（带static那种类），减少对周期性对象的隐性持有；

致谢：本文4.6节引用自https://blog.csdn.net/yincheng886337/article/details/50524890

[20180516103418556]: /images/20220525/2779f4f8b6064da4831a4dfc76d31363.png
[http_www.eclipse.org_mat_downloads.php]: http://www.eclipse.org/mat/downloads.php
[2018051519185910]: /images/20220525/8addbd9cd0ab4d4581d4bcbcd2b27807.png
[20180515192131302]: /images/20220525/3f2f5ddb3a1340a1bc8e6d2e44ab1dbb.png
[20180515195014990]: /images/20220525/13b72432ea23440dbfd211888b7e6da8.png
[20180515195451441]: /images/20220525/02d5a802dbb14a9f8f37a4cf54b5b5af.png
[20180515205605319]: /images/20220525/08863617371a444c9f34898429f1df3c.png
[20180515195958704]: /images/20220525/ef765583873846e0aaf3408e889c3403.png
[20180515200323776]: /images/20220525/96066659e60f4a8fb65ab32827133dbe.png
[20180515201028836]: /images/20220525/bd441321880c4b1981a2ac40d1fcd3fb.png
[20180515202324282]: /images/20220525/b5091139c2e64df5b49d8d91098ec0c8.png
[70]: /images/20220525/687b02a1e683471db02d2682d9c6ccf3.png
[70 1]: /images/20220525/4c357fbed8234e7b99a04c58c9cf4572.png
[70 2]: /images/20220525/2323cb9ee3b744b1be410baf1384b06d.png
[70 3]: /images/20220525/43c13a4521de4e7897b5ebba4576e93e.png