JVM原理及调优(8)–MAT简介及使用

1.MAT简介

MAT(Memory Analyzer Tools),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。一般说来,这些内存信息包含:

  • 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

  • GCRoot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)

MAT下载地址:http://www.eclipse.org/mat/downloads.php

2.MAT基础

2.1 支配树

支配树(Dominator Tree):描述对象的引用关系。支配者被回收,被支配对象也被回收。

浅堆(Shallow Heap):表示对象本身占用内存的大小,不包含对其他对象的引用,也就是对象头加成员变量(不是成员变量的值)的总和。

  • 一个对象结构所占用的内存大小

  • 浅堆大小和对象的内容无关,只和对象的结构有关

深堆(Retained Heap):对象自己的Shallow Heap,并加上从该对象能直接或间接访问到对象的Shallow Heap之和。换句话说,Retained Heap是该对象GC之后所能回收到内存的总和。

  • 一个对象被GC回收后,可以真实释放的内存大小

  • 只能通过对象访问到的(直接或者间接)所有对象的浅堆之和 (支配树)

分析时重点关注深堆

  • 入引用(incoming):当前对象被哪些对象引用

  • 出引用(outgoing):当前对象引用了哪些对象

保留集(Retained Set):对象本身和他持有引用的对象和这些对象的retained set所占内存大小的总和。假定一些对象会由于对象X被垃圾回收(GC)后,也同时需要被GC掉,那么这些对象就属于X的Retained Set。注意,Retained Set是包含X本身的。

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虽然说MAT定义的支配树和上图中的引用树稍有不同,但是二者的本质都可以反映一个对象如果被回收,有多少内存可以同时得到释放,只不过支配树的定义下可以更精确地反映这个数量。如果你感兴趣,可以继续看我之后的对支配树的概念解释,如果一时理解不过来可以跳过,把支配树简单想象成引用树即可。 
实际上支配树就是从引用树演化而来。所谓支配,例如x对象支配y对象,就是在引用树当中,一条到y的路径必然会经过x;所谓直接支配,例如x直接支配y,指的是在所有支配y的对象中,x是y最近的一个对象。支配树就是反映的这种直接支配关系,在支配树种,父节点必然是子节点的直接支配对象,下图就是一个从引用树到支配树的转换示意图:

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上面这幅图右边就是从左边转换而来形成的支配树,这里特别对C节点形成的子树做一下说明。CDE及DF、EG的关系就不用多说,从引用树和我们刚才对支配概念的阐述可以直接得出结论,关键是H节点,H节点在支配树种既不是D的子节点也不是E的子节点是因为,在引用树当中,能够到达H的路径有两条,DEFG节点都不是到达它的路径上必须经过的节点,符合这个条件的只有C节点,因此在支配树中H是C的子节点。现在仔细观察支配树可以发现,一个节点的子树正好就是这个节点对应的retained set。比如,如果D节点被回收,那么就可以释放DF对象所占的内存,但是H所占的内存还不能得到释放,因为可能G还在引用着H,这也是为什么在支配树中H是C节点的子节点的原因,只有C节点被回收了才一定能够回收H节点所占的内存。 
说了这么多,MAT中Dorminator Tree到底能够用到什么上面?我认为,它主要可以用于诊断一个对象所占内存为什么会不断膨胀,一个对象膨胀,就说明它对应到支配树中的子树就越来越庞大,只要分析这个对象对应的子树,确定那些对象是不应该出现在子树中就可以对问题手到病除。

2.2 对象引用(Reference)

对象引用按从最强到最弱有如下级别,不同的引用(可到达性)级别反映了对象的生命周期:

  • 强引用(Strong Ref):通常我们编写的代码都是强引用,于此相对应的是强可达性,只有去掉强可达性,对象才能被回收。

  • 软引用(Soft Ref):对应软可达性,只要有足够的内存就一直保持对象,直到发现内存不足且没有强引用的时候才回收对象。

  • 弱引用(Weak Ref):比软引用更弱,当发现不存在强引用的时候会立即回收此类型的对象,而不需要等到内存不足。通过java.lang.ref.WeakReference和java.util.WeakHashMap类实现。

  • 虚引用(Phantom Ref):根本不会在内存中保持该类型的对象,只能使用虚引用本身,一般用于在进入finalize()方法后进行特殊的清理过程,通过java.lang.ref.PhantomReference实现。

2.3 GC Roots和Reference Chain

GC Root:回收不是GC Root的对象且没被GC Root引用的对象,GC Roots是reference chain的起点

JVM在进行GC的时候是通过使用可达性来判断对象是否存活,通过GC Roots(GC根节点)的对象作为起始点,从这些节点开始进行向下搜索,搜索所走过的路径成为Reference Chain(引用链),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。

如下图所示,对象object 5、object 6、object 7虽然互相有关联,它们的引用并不为0,但是它们到GC Roots是不可达的,因此它们将会被判定为是可回收的对象。

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3.MAT功能

主界面如下所示:
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接下来介绍界面中常用到的功能:
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Overview视图,即概要界面,显示了概要的信息,并展示了MAT常用的一些功能。

  • Details 显示了一些统计信息,包括整个堆内存的大小、类(Class)的数量、对象(Object)的数量、类加载器(Class Loader)的数量。

  • Biggest Objects by Retained Size 使用饼图的方式直观地显示了在JVM堆内存中最大的几个对象,当光标移到饼图上的时候会在左边Inspector和Attributes窗口中显示详细的信息。

  • Actions 这里显示了几种常用到的操作,算是功能的快捷方式,包括 Histogram、Dominator Tree、Top Consumers、Duplicate Classes,具体的含义和用法见下面;

  • Reports 列出了常用的报告信息,包括 Leak Suspects和Top Components,具体的含义和内容见下;

  • Step By Step 以向导的方式引导使用功能。

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直方图,柱状图显示,可以查看每个类的实例(即对象)的数量和大小。

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支配树,列出Heap Dump中处于活跃状态中的最大的几个对象,默认按 retained size进行排序,因此很容易找到占用内存最多的对象。

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MAT提供了一个对象查询语言(OQL),跟SQL语言类似,将类当作表、对象当作记录行、成员变量当作表中的字段。通过OQL可以方便快捷的查询一些需要的信息,是一个非常有用的工具。

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此工具可以查看生成Heap Dump文件的时候线程的运行情况,用于线程的分析。显示对象的引用:

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可以查看分析完成的HTML形式的报告,也可以打开已经产生的分析报告文件,子菜单项如下图所示:
JVM原理及调优(8)–MAT简介及使用

常用的主要有Leak Suspects和Top Components两种报告:

  • Leak Suspects 可以说是非常常用的报告了,该报告分析了 Heap Dump并尝试找出内存泄漏点,最后在生成的报告中对检测到的可疑点做了详细的说明;

  • Top Components 列出占用总堆内存超过1%的对象。

JVM原理及调优(8)–MAT简介及使用

JVM原理及调优(8)–MAT简介及使用

提供了在分析过程中用到的工具,通常都集成在了右键菜单中,在后面具体举例分析的时候会做详细的说明。如下图:
JVM原理及调优(8)–MAT简介及使用

这里仅针对在 Overview 界面中的 Acations中列出的两项进行说明:

  • Top Consumers 按类、类加载器和包分别进行查询,并以饼图的方式列出最大的几个对象。菜单打开方式如下:
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  • Duplicate Classes 列出被加载多次的类,结果按类加载器进行分组,目标是加载同一个类多次被类加载器加载。使用该工具很容易找到部署应用的时候使用了同一个库的多个版本。菜单打开方式如下图:
    JVM原理及调优(8)–MAT简介及使用

JVM原理及调优(8)–MAT简介及使用

通过十六进制的地址查找对应的对象,见下图:
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浅堆、深堆

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参考:

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