JVM系列之：MAT工具使用教程

本文为《深入学习 JVM 系列》第二十三篇文章

Eclipse Memory Analyzer (MAT)是一个快速且功能丰富的Java堆分析器，可帮助您发现内存泄漏并减少内存消耗。

安装并启动

直接参考 Mac下MAT的安装

需要注意的是注意 JDK 版本和 MAT 版本的映射，最新的 MAT 版本为 1.12.0，需要在 JDK11 以上运行。

如果 JDK 版本为 11，且 MAT 版本是最新的，还需要修改 /Applications/mat.app/Contents/Eclipse/MemoryAnalyzer.ini，在文件中指定 JDK 版本，增加配置如下：

-vm D:/JAVA_HOME/bin/javaw.exe

亲自尝试下载 1.8.1 和 1.9.2 版本的 MAT，但是安装并配置好，虽然可以启动，却不能正常使用（点击界面按钮没有反应），最终下载了 1.12.0 版本的 MAT。

另外考虑到自己平时接触到的项目大多都是基于 JDK8，所以我又尝试下载了 1.7.0 版本的 MAT。

注意要修改 /Applications/mat.app/Contents/Info.plist 文件内容：

<!-- to use a specific Java version (instead of the platform's default) uncomment one of the following options, or add a VM found via $/usr/libexec/java_home -V <string>-vm</string><string>/System/Library/Java/JavaVirtualMachines/1.6.0.jdk/Contents/Commands/java</string> <string>-vm</string><string>/Library/Java/JavaVirtualMachines/1.8.0.jdk/Contents/Home/bin/java</string> <string>-vm</string><string>/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_301.jdk/Contents/Home/bin/java</string> <string>-vm</string><string>/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-9.0.4.jdk/Contents/Home/bin/java</string> <string>-vm</string><string>/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-11.0.13.jdk/Contents/Home/bin/java</string> -->
			<string>-vm</string><string>/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_301.jdk/Contents/Home/bin/java</string>
			<string>-data</string><string>/Applications/mat.app/Contents/MacOS/workspace</string>

直接启动 mat.app，会提示如下错误：

无法打开“mat.app”，因为无法验证开发者。

可以修改 Mac 系统偏好设置——》安全与隐私——》点击左下角锁，输入密码——》通用——》点击允许打开。

1.7.0 版本的 MAT 启动后，UI 界面没反应，参考：www.eclipse.org/forums/inde…

mv /Users/xx/chrome下载/java相关/swt-4.7.1a-cocoa-macosx-x86_64/swt.jar /Applications/mat.app/Contents/Eclipse/plugins/org.eclipse.swt.cocoa.macosx.x86_64_3.104.2.v20160212-1350.jar

获取dump

本地准备一段代码，这个代码会导致 JVM 堆内存溢出，方便我们演示 MAT 的效果。

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Goods {

  private String name;
  private Double price;
  private String[] types;
}

//-Xms60m -Xmx60m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/Applications/mat.app/Contents/MacOS/workspace
public class OutOfMemoryTest {

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Map<String, Goods> map = new HashMap<>();
    int counter = 1;
    while (true) {
      Thread.sleep(10);
      Goods goods = new Goods();
      String[] types = new String[counter];
      for (int i = 0; i < types.length; i++) {
        types[i] = "type" + i;
      }
      goods.setName("hresh" + counter);
      goods.setPrice(Double.valueOf(counter));
      goods.setTypes(types);
      map.put(goods.getName(), goods);
      if (counter % 100 == 0) {
        System.out.println("put" + counter);
      }
      counter++;
    }

  }
}

上述代码是在一个无限循环体中不断创建 Goods 对象，每次循环 new 出来的对象的 types 属性还在不断的扩大。

执行上述代码时，指定好堆内存大小，过段时间就会报错，并生成 dump 文件。

启动代码，运行一段时间后报错如下：

java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
Dumping heap to /Applications/mat.app/Contents/MacOS/workspace/java_pid17847.hprof ...
Heap dump file created [74544120 bytes in 0.279 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
	at com.msdn.java.commandLine.mat.OutOfMemoryTest.main(OutOfMemoryTest.java:22)

相较于通过命令来导出 dump 文件，这种方式属于是事后处理，需要等待当前 JVM 出现问题后才能生成 dump 文件，实时性不高，而且一般也不会添加 HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数。

关于 HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数讲解：

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数表示当JVM发生OOM时，自动生成DUMP文件。
-XX:HeapDumpPath=${目录}参数表示生成DUMP文件的路径，也可以指定文件名称，例如：-XX:HeapDumpPath=${目录}/java_heapdump.hprof。如果不指定文件名，默认会在项目根目录下生成一个文件，文件名格式为：java_<pid>_<date>_<time>_heapDump.hprof。

除此之外，还有几个命令：

-XX:+HeapDumpBeforeFullGC		当 JVM 执行 FullGC前
-XX:+HeapDumpAfterFullGC		当 JVM 执行 FullGC后

除了通过配置 JVM 参数来生成 dump 文件，还可以通过 jmap 工具来生成任意进程的 dump 文件。

# 先找到PID
ps -ef | grep java

# jmap 转存快照
jmap -dump:format=b,file=/opt/dump/test.dump {PID}

内存分析

使用 MAT 工具打开刚才生成的 dump 文件。需要注意的是，实际生产中获得的 dump 文件可能很大，MAT 载入会失败。可以尝试修改

/Applications/mat.app/Contents/Eclipse/MemoryAnalyzer.ini，如下所示：

-startup
../Eclipse/plugins/org.eclipse.equinox.launcher_1.3.100.v20150511-1540.jar
--launcher.library
../Eclipse/plugins/org.eclipse.equinox.launcher.cocoa.macosx.x86_64_1.1.300.v20150602-1417
-vmargs
-Xmx1024m
-Dorg.eclipse.swt.internal.carbon.smallFonts
-XstartOnFirstThread

增加一下-Xmx 的值，实在不行，我们就换用 VisualVM 来分析 dump 文件。

当加载完堆快照之后，MAT 的主界面将展示一张饼状图。

MAT 计算对象占据内存的两种方式。第一种是 Shallow heap，指的是对象自身所占据的内存。第二种是 Retained heap，指的是当对象不再被引用时，垃圾回收器所能回收的总内存，包括对象自身所占据的内存，以及仅能够通过该对象引用到的其他对象所占据的内存。上面的饼状图便是基于 Retained heap 的。

可以看出，有个应用占用了大部分的堆内存，那么该应用很可能存在问题，我们继续往下看。

点击上图下方 Reports 中的 Leak Suspects，得到如下显示。

从描述上看到，主线程有个本地变量占用了很大内存，这个变量是 HashMap 的实例。

MAT 包括了两个比较重要的视图，分别是直方图（histogram）和支配树（dominator tree）。

直方图（histogram）

相较于 jmap 的-histo 命令，MAT 工具更加强大，除了能够展示各个类的实例数目以及这些实例的 Shallow heap 总和，还可以计算 Retained heap，并支持基于实例数目或 Retained heap 的排序方式（默认为 Shallow heap）。此外，MAT 还可以将直方图中的类按照超类、类加载器或者包名分组。

根据上图可知，char[] 占用内存最大，其次是 String，而我们知道 String 里用 char[] 存储数据，所以归根结底还是 String 对象占用内存过大。我们之间来看 String 是被谁引用的，选中那一行，右键点击 List objects。

• with incoming references 表示的是当前查看的对象，被外部应用
• with outGoing references 表示的是当前对象，引用了外部对象

结果发现是 Goods 对象的 types 属性消耗了大量内存。

支配树（dominator tree）

支配树的概念源自图论。在一则流图（flow diagram）中，如果从入口节点到 b 节点的所有路径都要经过 a 节点，那么 a 支配（dominate）b。在 a 支配 b，且 a 不同于 b 的情况下（即 a 严格支配 b），如果从 a 节点到 b 节点的所有路径中不存在支配 b 的其他节点，那么 a 直接支配（immediate dominate）b。这里的支配树指的便是由节点的直接支配节点所组成的树状结构。

MAT 将按照每个对象 Retained heap 的大小排列该支配树。如下图所示：

当在支配树视图中选中某一对象时，我们还可以通过 Path To GC Roots 功能，反向列出该对象到 GC Roots 的引用路径。如下图所示：

总结

通过 jstat 命令可以监控 GC 情况，通过查看 GC 过程中的值变化，来预测危险的发生，及时进行 GC 优化。

如果真的遇到内存溢出，我们可以通过 MAT 工具来分析错误原因，定位到具体的代码，然后处理相关问题。

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