使用jmap和MAT观察Java程序内存数据

使用jmap和MAT观察Java程序内存数据

背景

不少故障跟数据结构中实际存储的数值会颇有关系。有时候咱们可以预感到这类数据，例如：

1. 某些 成员变量：缓存池的当前尺寸（size）、容积上限（capacity）
   为了加快服务响应速度，一般会把一些相对静态的内容在内存中作缓存。内存中容纳这些内容的容器称为缓存池。缓存池中已存对象的数目，即缓存池的当前尺寸。这个当前尺寸与该缓存池实际占用内存量息息相关。
   因为内存有限，缓存池一般会设置容积上限。这个值能够控制缓存池 占用内存量的最大值。

2. 某些类的对象数量、某个对象致使的没法回收内存量（retained size）

3. 局部变量的值

有经验的开发人员可能将这些数值打印到日志中，便于故障分析。

但不少时候咱们并无预先打印这些数值，或者很计算出这些数值（如没法回收内存量）。在没有日志记录的状况下，该如何得到这些数值？

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

工具介绍

• jmap是JDK自带的命令行工具，用它能够将指定进程的整个Java堆(Java Heap)转储到指定的数据文件中
• MAT是一个第三方工具，能够从http://www.eclipse.org/mat/下载。必须在图形界面（GUI）中执行（例如Windows或Linux的VNC桌面系统中)。用它能够对数据文件作很是详尽的分析。

它们之间的关系图示以下：

工具使用

jmap使用方法：

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

执行后，会生成dump.map文件。这个文件能够用MAT打开。
若是你在远程Linux系统中工做，可能须要使用VNC（具体方法参考： （TODO） ）。

启动MAT的方法（在Linux桌面中，打开一个终端（Terminal），而后执行）：

#假设mat工具已经解压到/usr/local/mat中 cd /usr/local/mat #若是dump.map文件尺寸较大（例如2GB以上），须要修改MemoryAnalyzer.ini文件中 #-Xmx选项。将它设置到一个更大的值，例如4GB左右： -Xmx4000m #启动Memory Analyzer ./MemoryAnalyzer 

启动后，在菜单中选择Open Heap Dump，读入dump.map文件便可开始分析。

工具说明

jmap生成的数据文件（例如dump.map）中有详尽的Java堆（Java Heap）的信息，这些信息包括—全部的Java对象的数据成员，以及它们之间的引用关系等。而且MAT又是一个很是棒的工具，所以上述内容均可以看到。而且MAT还为内存泄漏的分析有特别的支持，它可以计算出每一个对象的占用内存量（Retained Size）。将对象按照占用内存量（Retained Size）从大到小排序，一般很容易就能肯定到底是什么对象发生了内存泄漏。

在MAT中打开数据文件（例如dump.map）后，一般能够经过以下几个方式来查看：

1. Leak Suspect： Memory Analyzer智能分析出的最可能发生内存泄漏的对象，一般也就是占用内存量（Retained Size）最大的对象
2. Dominator Tree查看，经常使用的两种方式：
   • 按照占用内存量(Retained Size)从大到小排序（Dominator Tree的默认查看方式）
   • 用正则表达式匹配类名，查看对应的类（Class）的对象（Object），或者对应类的静态成员（Static Member）
3. Threads View查看：能够看到各个线程的调用栈，以及局部引用的值
4. Object Query Language查询：能够用相似SQL的语句查询整个Java Heap堆

使用MAT不但能够观察(Inspect)全部对象的成员变量的值，若是变量是引用，还能够跟踪（follow）引用（reference）进一步查看相关对象的数据。

示例

撰写程序以下（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);         }     } } 

编译（生成MatExample.class）

javac MatExample.java 

运行（MatExample.class）

java MatExample 

程序输出：

1000 objects generated 

另开一个命令行，而后使用jps列出全部Java进程：

jps -mlvV 

jps输出相似以下信息：

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

上面90752即是MatExample的进程编号(PID)，如今咱们运行jmap获取数据文件（存储到dump.map）：

jmap -dump:file=dump.map 90752 

接着启动MAT，并经过菜单中 File->Open Heap Dump 打开dump.map，如图：

MAT会读取数据文件到内存中并做必要的预处理（若是是较大的文件，则耗时较长，建议去喝杯茶休息下）。

MAT读取完文件，会出现一个向导，让咱们选择一种分析方式。咱们能够选择泄漏嫌疑对象报告（Leak Suspects Report）分析，而后点“Finish”。

MAT呈现出一个饼图描述该进程内存的分布状况，在此图形中能够清晰地看到内存占用最大的对象。下方，还会有Top N的泄露嫌疑对象文字描述，如图：

这里说的是局部变量占用“721,136 (63.90%) bytes”，而且是一个LinkedList对象形成的。点击“See stacktrace”，就能看到调用栈

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

线程名称是“main”。点击图示的按钮，能够打开线程视图(Threads view)，查看带有局部变量的调用栈信息。

从中能够清晰看到是在MatExample.main函数中引用的一个LinkedList占用了720,040字节。

咱们能够点击菜单中Window -> Inspector，而后查看该LinkedList对象的属性。

可见，其size属性确实是10000。可见泄露嫌疑对象报告(Leak Suspect Report)可以帮助咱们较迅速地定位到内存泄漏点。

另外，也能够从内存占用最大的对象的思路来找内存问题，点击图示图标，打开Dominator Tree View

将最上面的一行逐行展开，也能够看到LinkedList的内存占用较大。

下面尝试查看指定类型（class）的静态成员(static member)和对象

在Dominator Tree的正则输入框（Regex）中输入“MatExample”：

回车后，显示下图：

“class MatExample”的属性和引用，与代码中定义的MatExample类的静态成员（static member）的内容相符合：

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

咱们能够尝试下跟踪引用：在Inspector窗口中，对一个引用点击右键，而后选择“Go Into”

便可看到该对象的属性。

若是但愿让引用对象显示在右图中，能够选择"List objects -> with outgoing references”

这样能够更方便地进一步跟踪其引用。

但咱们发现，代码中建立的MatExample对象

MatExample instance = new MatExample(); 

并无出如今以前的图中

能够尝试下Object Query Language （OQL）。点击图标

输入查询语句

select * from INSTANCEOF MatExample 

点击执行按钮

如今咱们能够查到全部MatExample对象（本例只有一个）：

点选后，在Inspector窗口中，一样能够看到其成员变量的值。这里就不详述了。

总结

jmap和MAT是一对很是强大的工具，经过它们能够获知一个Java进程中全部Java级别（与Native级别相对）的数据内容。包括全部类、对象的值、引用关系、线程调用栈、局部引用，以及每一个对象占用内存量等信息。而这些信息对故障追踪可能会起到很是大的帮助。