MAT 入門到精通（一）

摘要： 儘管JVM提供了自動記憶體管理的機制，試圖降低程式設計師的開發門檻，確實也實現了這一目標，在日常開發中，我們一般都不需要關心物件的記憶體釋放。JVM大部分都是使用trace演算法來判斷一個物件是否該被回收，那麼JVM只能回收那些從gc roots不可達的物件。 如果我們...

儘管JVM提供了自動記憶體管理的機制，試圖降低程式設計師的開發門檻，確實也實現了這一目標，在日常開發中，我們一般都不需要關心物件的記憶體釋放。JVM大部分都是使用trace演算法來判斷一個物件是否該被回收，那麼JVM只能回收那些從gc roots不可達的物件。

如果我們在使用某些大的物件、集合物件或者一些三方包裡的資源，忘記及時釋放資源的話，還是會造成JVM的記憶體洩漏或記憶體浪費的問題。因此，如果想成為更高階的Java開發工程師，我們需要了解常見的問題排查的辦法和工具，這個系列的文章，準備介紹一個用來做JVM堆記憶體分析的工具——MAT（Memory Aanlysis Tool）。

MAT的官網在： https://www.eclipse.org/mat/ ，可以看下它的介紹——MAT是一款高效能、具備豐富功能的Java堆記憶體分析工具，可以用來排查記憶體洩漏和記憶體浪費的問題。

MAT的安裝和設定

01

1.1

在Mac上安裝MAT

MAT 支援兩種安裝方式，一種是"單機版“的，也就是說使用者不必安裝 Eclipse IDE 環境，MAT 作為一個獨立的 Eclipse RCP 應用執行；另一種是”整合版“的，也就是說 MAT 也可以作為 Eclipse IDE 的一部分，和現有的開發平臺整合。

這裡我們考慮獨立安裝，在觀望的下載頁面，選擇mac os版本的安裝檔案下載即可。

1.2

安裝中遇到的坑

1. 啟動直接報錯，系統預設的workspace是隻讀的，更換掉即可。怎麼更換呢，在檔案 /Applications/mat.app/Contents/Eclipse/MemoryAnalyzer.ini 中進行修改。

2. 啟動後，UI介面沒反應，參考： https://www.eclipse.org/forums/index.php/t/1090889/ ，換個包即可。這個問題我遇到過很多次。

1.3

MAT的設定

配置mat的堆記憶體大小

我的電腦是8C16G的，那理論上分析10G的堆檔案沒問題，但是MAT預設的配置沒有這麼大，需要在 /Applications/mat.app/Contents/Eclipse/MemoryAnalyzer.ini 檔案中進行修改。如下圖所示，我將我的MAT自己的執行時堆記憶體配置成了6G。

配置MAT的使用

MAT的配置頁面可以從Window——>Preferences找到，如下圖所示。

MAT的一般配置有幾個選項

1. Keep unreachable objects：如果勾選這個，則在分析的時候會包含dump檔案中的不可達物件；

2. Hide the getting started wizard：隱藏分析完成後的首頁，控制是否要展示一個對話方塊，用來展示記憶體洩漏分析、消耗最多記憶體的物件排序。

3. Hide popup query help：隱藏彈出查詢幫助，除非使用者通過F1或Help按鈕查詢幫助。

4. Hide Welcome screen on launch：隱藏啟動時候的歡迎介面

5. Bytes Display：設定分析結果中記憶體大小的展示單位

可以看出，MAT不僅支援HPROF檔案的分析，還支援DTFJ檔案的分析。一般sun公司系列的JVM生成的dump檔案都是HPROF格式的，IBM的JVM生成的dump檔案時DTFJ格式的。

基本概念

02

2.1

Heap Dump

Heap Dump是Java程序在某個時刻的記憶體快照，不同JVM的實現的Heap Dump的檔案格式可能不同，進而儲存的資料也可能不同，但是一般來說。

Heap Dump中主要包含當生成快照時堆中的java物件和類的資訊，主要分為如下幾類：

• 物件資訊：類名、屬性、基礎型別和引用型別

• 類資訊：類載入器、類名稱、超類、靜態屬性

• gc roots：JVM中的一個定義，進行垃圾收集時，要遍歷可達物件的起點節點的集合

• 執行緒棧和區域性變數：快照生成時候的執行緒呼叫棧，和每個棧上的區域性變數

Heap Dump中沒有包含物件的分配資訊，因此它不能用來分析這種問題：一個物件什麼時候被建立、一個物件時被誰建立的。

2.2

Shallow vs. Retained Heap

Shallow heap 是一個物件本身佔用的堆記憶體大小。一個物件中，每個引用佔用8或64位，Integer佔用4位元組，Long佔用8位元組等等。

Retained set ，對於某個物件X來說，它的Retained set指的是——如果X被垃圾收集器回收了，那麼這個集合中的物件都會被回收，同理，如果X沒有被垃圾收集器回收，那麼這個集合中的物件都不會被回收。

Retained heap ，物件X的Retained heap指的時候它的Retained set中的所有物件的Shallow si的和，換句話說，Retained heap指的是物件X的保留記憶體大小，即由於它的存活導致多大的記憶體也沒有被回收。

leading set ，物件X可能不止有一個，這些物件統一構成了leading set。如果leading set中的物件都不可達，那麼這個leading set對應的retained set中的物件就會被回收。一般有以下幾種情況：

1. 某個類的所有例項物件，這個類物件就是leading object

2. 某個類記載器載入的所有類，以及這些類的例項物件，這個類載入器物件就是leading object

3. 一組物件，要達到其他物件的必經路徑上的物件，就是leading object

在下面這張圖中，A和B是gc roots中的節點（方法引數、區域性變數，或者呼叫了wait()、notify()或synchronized()的物件）等等。可以看出，E的存在，會導致G無法被回收，因此E的Retained set是E和G；C的存在，會導致E、D、F、G、H都無法被回收，因此C的Retined set是C、E、D、F、G、H；A和B的存在，會導致C、E、D、F、G、H都無法被回收，因此A和B的Retained set是A、B、C、E、D、F、G、H。

2.3

Dominator Tree

MAT根據堆上的物件引用關係構建了支配樹（Dominator Tree），通過支配樹可以很方便得識別出哪些物件佔用了大量的記憶體，並可以看到它們之間的依賴關係。

如果在物件圖中，從gc root或者x上游的一個節點開始遍歷，x是y的必經節點，那麼就可以說x支配了y（ dominate ）。

如果在物件圖中，x支配的所有物件中，y的距離最近，那麼就可以說x直接支配（ immediate dominate ）y。

支配樹是基於物件的引用關係圖建立的，在支配樹中每個節點都是它的子節點的直接支配節點。基於支配樹可以很清楚得看到物件之間的依賴關係。

現在看個例子，在下面這張圖中

1. x節點的子樹就是所有被x支配的節點集合，也正式x的retained set；

2. 如果x是y的直接支配節點，那麼x的支配節點也可以支配y

3. 支配樹中的邊跟物件引用圖中的引用關係並不是一一對應的。

2.4

Garbage Collection Roots

在MAT中，gc roots的概念跟研究垃圾收集演算法時候的概念稍微有點不同。gc roots中的物件，是指那些可以從堆外訪問到的物件的集合。如果一個物件符合下面這些場景中的一個，就可以被認為是gc roots中的節點：

1. System Class：由bootstrap classloader載入的類，例如rt.jar，裡面的類的包名都是 java.util.* 開頭的。

2. JNI Local：native程式碼中的區域性變數，例如使用者編寫的JNI程式碼或JVM內部程式碼。

3. JNI Global：native程式碼中的全域性變數，例如使用者編寫的JNI程式碼或JVM內部程式碼。

4. Thread Block：被當前活躍的執行緒鎖引用的物件。

5. Thread：正在存活的執行緒

6. Busy Monitor：呼叫了wait()、notify()或synchronized關鍵字修飾的程式碼——例如 synchronized(object) 或 synchronized 方法。

7. Java Local：區域性變數。例如函式的輸入引數、正在執行的執行緒棧裡建立的物件。

8. Native Stack：native程式碼的輸入或輸出引數，例如使用者定義的JNI程式碼或JVM的內部程式碼。在檔案/網路IO方法或反射方法的引數。

9. Finalizable：在finalize佇列中等待它的finalizer物件執行的物件。

10. Unfinalized：過載了finalize方法，但是還沒有進入finalize佇列中的物件。

11. Unreachable：從任何gc roots節點都不可達的物件，在MAT中將這些物件視為root節點，如果不這麼做，就不能對這些物件進行分析。

12. Java Stack Frame：Java棧幀，用於存放區域性變數。只在dump檔案被解析的時候會將java stack frame視為物件。

13. Unknown：沒有root型別的物件。有些dump檔案（例如IBM的Portable Heap Dump）沒有root資訊。

獲取Dump檔案

03

1. 通過MAT生成dump檔案 通過這個路徑找到生成dump檔案的對話方塊 選擇一個程序，點選finish即可

2. 通過jmap命令生成dump檔案

• 命令格式： jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin <pid>

• 注意：如果要保留heapdump中的不可達物件，則需要把”:live“去掉，即使用命令”jmap -dump,format=b,file=heap.bin <pid> “

3. 通過設定JVM引數自動生成 使用 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 這個JVM引數，在Java程序執行過程中發生OOM的時候就會生成一個heapdump檔案，並寫入到指定目錄，一般用 -XX:HeapDumpPath=${HOME}/logs/test 來設定。

本號專注於後端技術、JVM問題排查和優化、Java面試題、個人成長和自我管理等主題，為讀者提供一線開發者的工作和成長經驗，期待你能在這裡有所收穫。