使用jmap和MAT觀察Java程序內存數據

使用jmap和MAT觀察Java程序內存數據

背景

不少故障跟數據結構中實際存儲的數值會頗有關係。有時候咱們可以預感到這類數據，例如：

1. 某些 成員變量：緩存池的當前尺寸（size）、容積上限（capacity）
   爲了加快服務響應速度，一般會把一些相對靜態的內容在內存中作緩存。內存中容納這些內容的容器稱爲緩存池。緩存池中已存對象的數目，即緩存池的當前尺寸。這個當前尺寸與該緩存池實際佔用內存量息息相關。
   因爲內存有限，緩存池一般會設置容積上限。這個值能夠控制緩存池 佔用內存量的最大值。

2. 某些類的對象數量、某個對象致使的沒法回收內存量（retained size）

3. 局部變量的值

有經驗的開發人員可能將這些數值打印到日誌中，便於故障分析。

但不少時候咱們並無預先打印這些數值，或者很計算出這些數值（如沒法回收內存量）。在沒有日誌記錄的狀況下，該如何得到這些數值？

答案是使用jmap 和 MAT(Memory Analyzer Tool)！

工具介紹

• jmap是JDK自帶的命令行工具，用它能夠將指定進程的整個Java堆(Java Heap)轉儲到指定的數據文件中
• MAT是一個第三方工具，能夠從http://www.eclipse.org/mat/下載。必須在圖形界面（GUI）中執行（例如Windows或Linux的VNC桌面系統中)。用它能夠對數據文件作很是詳盡的分析。

它們之間的關係圖示以下：

工具使用

jmap使用方法：

jmap -dump:file=dump.map <pid> 

執行後，會生成dump.map文件。這個文件能夠用MAT打開。
若是你在遠程Linux系統中工做，可能須要使用VNC（具體方法參考： （TODO） ）。

啓動MAT的方法（在Linux桌面中，打開一個終端（Terminal），而後執行）：

#假設mat工具已經解壓到/usr/local/mat中 cd /usr/local/mat #若是dump.map文件尺寸較大（例如2GB以上），須要修改MemoryAnalyzer.ini文件中 #-Xmx選項。將它設置到一個更大的值，例如4GB左右： -Xmx4000m #啓動Memory Analyzer ./MemoryAnalyzer 

啓動後，在菜單中選擇Open Heap Dump，讀入dump.map文件便可開始分析。

工具說明

jmap生成的數據文件（例如dump.map）中有詳盡的Java堆（Java Heap）的信息，這些信息包括—全部的Java對象的數據成員，以及它們之間的引用關係等。而且MAT又是一個很是棒的工具，所以上述內容均可以看到。而且MAT還爲內存泄漏的分析有特別的支持，它可以計算出每一個對象的佔用內存量（Retained Size）。將對象按照佔用內存量（Retained Size）從大到小排序，一般很容易就能肯定到底是什麼對象發生了內存泄漏。

在MAT中打開數據文件（例如dump.map）後，一般能夠經過以下幾個方式來查看：

1. Leak Suspect： Memory Analyzer智能分析出的最可能發生內存泄漏的對象，一般也就是佔用內存量（Retained Size）最大的對象
2. Dominator Tree查看，經常使用的兩種方式：
   • 按照佔用內存量(Retained Size)從大到小排序（Dominator Tree的默認查看方式）
   • 用正則表達式匹配類名，查看對應的類（Class）的對象（Object），或者對應類的靜態成員（Static Member）
3. Threads View查看：能夠看到各個線程的調用棧，以及局部引用的值
4. Object Query Language查詢：能夠用相似SQL的語句查詢整個Java Heap堆

使用MAT不但能夠觀察(Inspect)全部對象的成員變量的值，若是變量是引用，還能夠跟蹤（follow）引用（reference）進一步查看相關對象的數據。

示例

撰寫程序以下（MatExample.java）：

import java.util.List; import java.util.LinkedList; public class MatExample {     static String staticVar = "Hello, I am static";     private String instanceVar = "Hello, I am instance";     public static void main(String[] args) throws Exception     {         MatExample instance = new MatExample();         List<String> leakList = new LinkedList<String>();         int k = 0;         for(int i=0; i<10000; i++)         {             k++;             leakList.add(k+"");         }         System.out.println("10000 objects generated");         while(true)         {             Thread.sleep(1000);         }     } } 

編譯（生成MatExample.class）

javac MatExample.java 

運行（MatExample.class）

java MatExample 

程序輸出：

1000 objects generated 

另開一個命令行，而後使用jps列出全部Java進程：

jps -mlvV 

jps輸出相似以下信息：

91888 sun.tools.jps.Jps -mlvV -Dapplication.home=E:\Java\jdk1.7.0_45 -Xms8m 90752 MatExample 

上面90752即是MatExample的進程編號(PID)，如今咱們運行jmap獲取數據文件（存儲到dump.map）：

jmap -dump:file=dump.map 90752 

接着啓動MAT，並經過菜單中 File->Open Heap Dump 打開dump.map，如圖：

MAT會讀取數據文件到內存中並做必要的預處理（若是是較大的文件，則耗時較長，建議去喝杯茶休息下）。

MAT讀取完文件，會出現一個嚮導，讓咱們選擇一種分析方式。咱們能夠選擇泄漏嫌疑對象報告（Leak Suspects Report）分析，而後點「Finish」。

MAT呈現出一個餅圖描述該進程內存的分佈狀況，在此圖形中能夠清晰地看到內存佔用最大的對象。下方，還會有Top N的泄露嫌疑對象文字描述，如圖：

這裏說的是局部變量佔用「721,136 (63.90%) bytes」，而且是一個LinkedList對象形成的。點擊「See stacktrace」，就能看到調用棧

main   at java.lang.Thread.sleep(J)V (Native Method)   at MatExample.main([Ljava/lang/String;)V (MatExample.java:21) 

線程名稱是「main」。點擊圖示的按鈕，能夠打開線程視圖(Threads view)，查看帶有局部變量的調用棧信息。

從中能夠清晰看到是在MatExample.main函數中引用的一個LinkedList佔用了720,040字節。

咱們能夠點擊菜單中Window -> Inspector，而後查看該LinkedList對象的屬性。

可見，其size屬性確實是10000。可見泄露嫌疑對象報告(Leak Suspect Report)可以幫助咱們較迅速地定位到內存泄漏點。

另外，也能夠從內存佔用最大的對象的思路來找內存問題，點擊圖示圖標，打開Dominator Tree View

將最上面的一行逐行展開，也能夠看到LinkedList的內存佔用較大。

下面嘗試查看指定類型（class）的靜態成員(static member)和對象

在Dominator Tree的正則輸入框（Regex）中輸入「MatExample」：

回車後，顯示下圖：

「class MatExample」的屬性和引用，與代碼中定義的MatExample類的靜態成員（static member）的內容相符合：

static String staticVar = "Hello, I am static"; 

咱們能夠嘗試下跟蹤引用：在Inspector窗口中，對一個引用點擊右鍵，而後選擇「Go Into」

便可看到該對象的屬性。

若是但願讓引用對象顯示在右圖中，能夠選擇"List objects -> with outgoing references」

這樣能夠更方便地進一步跟蹤其引用。

但咱們發現，代碼中建立的MatExample對象

MatExample instance = new MatExample(); 

並無出如今以前的圖中

能夠嘗試下Object Query Language （OQL）。點擊圖標

輸入查詢語句

select * from INSTANCEOF MatExample 

點擊執行按鈕

如今咱們能夠查到全部MatExample對象（本例只有一個）：

點選後，在Inspector窗口中，一樣能夠看到其成員變量的值。這裏就不詳述了。

總結

jmap和MAT是一對很是強大的工具，經過它們能夠獲知一個Java進程中全部Java級別（與Native級別相對）的數據內容。包括全部類、對象的值、引用關係、線程調用棧、局部引用，以及每一個對象佔用內存量等信息。而這些信息對故障追蹤可能會起到很是大的幫助。