1. MAT 工具簡(jiǎn)介

MAT(全名：Memory Analyzer Tool)，是一款快速便捷且功能強(qiáng)大豐富的 JVM 堆內(nèi)存離線分析工具。其通過(guò)展現(xiàn) JVM 異常時(shí)所記錄的運(yùn)行時(shí)堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照(Heap dump)狀態(tài)(正常運(yùn)行時(shí)也可以做堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)分析)，幫助定位內(nèi)存泄漏問(wèn)題或優(yōu)化大內(nèi)存消耗邏輯。

1.1 MAT 使用場(chǎng)景及主要解決問(wèn)題

場(chǎng)景一：內(nèi)存溢出，JVM堆區(qū)或方法區(qū)放不下存活及待申請(qǐng)的對(duì)象。如：高峰期系統(tǒng)出現(xiàn) OOM(Out of Memory)異常，需定位內(nèi)存瓶頸點(diǎn)來(lái)指導(dǎo)優(yōu)化。

場(chǎng)景二：內(nèi)存泄漏，不會(huì)再使用的對(duì)象無(wú)法被垃圾回收器回收。如：系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn) Full GC，甚至周期性 OOM 后需人工重啟解決。

場(chǎng)景三：內(nèi)存占用高。如：系統(tǒng)頻繁 GC ，需定位影響服務(wù)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、吞吐能力的原因。

1.2 基礎(chǔ)概念

1.2.1 Heap Dump

Heap Dump 是 Java 進(jìn)程堆內(nèi)存在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的快照，支持 HPROF 及 DTFJ 格式，前者由 Oracle 系列 JVM 生成，后者是 IBM 系列 JVM 生成。其內(nèi)容主要包含以下幾類：

• 所有對(duì)象的實(shí)例信息：對(duì)象所屬類名、基礎(chǔ)類型和引用類型的屬性等。
• 所有類信息：類加載器、類名、繼承關(guān)系、靜態(tài)屬性等。
• GC Root：GC Root 代表通過(guò)可達(dá)性分析來(lái)判定 JVM 對(duì)象是否存活的起始集合。JVM 采用追蹤式垃圾回收(Tracing GC)模式，從所有 GC Roots 出發(fā)通過(guò)引用關(guān)系可以關(guān)聯(lián)的對(duì)象就是存活的(且不可回收)，其余的不可達(dá)的對(duì)象(Unreachable object：如果無(wú)法從 GC Root 找到一條引用路徑能到達(dá)某對(duì)象，則該對(duì)象為Unreachable object)可以回收。
• 線程棧及局部變量：快照生成時(shí)刻的所有線程的線程棧幀，以及每個(gè)線程棧的局部變量。

1.2.2 Shallow Heap

Shallow Heap 代表一個(gè)對(duì)象結(jié)構(gòu)自身所占用的內(nèi)存大小，不包括其屬性引用對(duì)象所占的內(nèi)存。如 java.util.ArrayList 對(duì)象的 Shallow Heap 包含8字節(jié)的對(duì)象頭、8字節(jié)的對(duì)象數(shù)組屬性 elementData 引用 、 4字節(jié)的 size 屬性、4字節(jié)的 modCount 屬性(從 AbstractList 繼承及對(duì)象頭占用內(nèi)存大小)，有的對(duì)象可能需要加對(duì)齊填充但 ArrayList 自身已對(duì)齊不需補(bǔ)充，注意不包含 elementData 具體數(shù)據(jù)占用的內(nèi)存大小。

1.2.3 Retained Set

一個(gè)對(duì)象的 Retained Set，指的是該對(duì)象被 GC 回收后，所有能被回收的對(duì)象集合(如下圖所示，G的 Retain Set 只有 G 并不包含 H，原因是雖然 H 也被 G 引用，但由于 H 也被 F 引用 ，G 被垃圾回收時(shí)無(wú)法釋放 H)；另外，當(dāng)該對(duì)象無(wú)法被 GC 回收，則其 Retained set 也必然無(wú)法被 GC 回收。

1.2.4 Retained Heap

Retained Heap 是一個(gè)對(duì)象被 GC 回收后，可釋放的內(nèi)存大小，等于釋放對(duì)象的 Retained Heap 中所有對(duì)象的 Shallow Heap 的和(如下圖所示，E 的 Retain Heap 就是 G 與 E 的 Shallow Heap 總和，同理不包含 H)。

1.2.5 Dominator tree

如果所有指向?qū)ο?Y 的路徑都經(jīng)過(guò)對(duì)象 X，則 X 支配(dominate) Y(如下圖中，C、D 均支配 F，但 G 并不支配 H)。Dominator tree 是根據(jù)對(duì)象引用及支配關(guān)系生成的整體樹(shù)狀圖，支配樹(shù)清晰描述了對(duì)象間的依賴關(guān)系，下圖左的 Dominator tree 如下圖右下方支配樹(shù)示意圖所示。支配關(guān)系還有如下關(guān)系：

• Dominator tree 中任一節(jié)點(diǎn)的子樹(shù)就是被該節(jié)點(diǎn)支配的節(jié)點(diǎn)集合，也就是其 Retain Set。
• 如果 X 直接支配 Y，則 X 的所有支配節(jié)點(diǎn)均支配 Y。

1.2.6 OQL

OQL 是類似于 SQL 的 MAT 專用統(tǒng)一查詢語(yǔ)言，可以根據(jù)復(fù)雜的查詢條件對(duì) dump 文件中的類或者對(duì)象等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢篩選。

1.2.7 references

outgoing references、incoming references 可以直擊對(duì)象間依賴關(guān)系，MAT 也提供了鏈?zhǔn)娇焖俨僮鳌?/p>

• outgoing references：對(duì)象引用的外部對(duì)象(注意不包含對(duì)象的基本類型屬性。基本屬性內(nèi)容可在 inspector 查看)。
• incoming references：直接引用了當(dāng)前對(duì)象的對(duì)象，每個(gè)對(duì)象的 incoming references 可能有 0 到多個(gè)。

2. MAT 功能概述及對(duì)比

2.1 MAT 功能概述

注：MAT 的產(chǎn)品能力非常豐富，本文簡(jiǎn)要總結(jié)產(chǎn)品特性幫大家了解全貌，在下一篇文章《JVM 內(nèi)存分析實(shí)戰(zhàn)進(jìn)階篇——核心功能及應(yīng)用場(chǎng)景》中，會(huì)詳細(xì)展開(kāi)介紹各項(xiàng)核心功能的場(chǎng)景、案例、最佳實(shí)踐等。

MAT 的工作原理是對(duì) dump 文件建立多種索引，并基于索引來(lái)實(shí)現(xiàn) [1]內(nèi)存分布、[2]對(duì)象間依賴(如實(shí)體對(duì)象引用關(guān)系、線程引用關(guān)系、ClassLoader引用關(guān)系等)、[3]對(duì)象狀態(tài)(內(nèi)存占用量、字段屬性值等)、[4]條件檢索(OQL、正則匹配查詢等)這四大核心功能，并通過(guò)可視化展現(xiàn)輔助 Developer 精細(xì)化了解 JVM 堆內(nèi)存全貌。

2.1.1 內(nèi)存分布

• 全局概覽信息：堆內(nèi)存大小、對(duì)象個(gè)數(shù)、類的個(gè)數(shù)、類加載器的個(gè)數(shù)、GC root 個(gè)數(shù)、線程概況等全局統(tǒng)計(jì)信息。
• Dominator tree：按對(duì)象的 Retain Heap 排序，也支持按多個(gè)維度聚類統(tǒng)計(jì)，最常用的功能之一。
• Histogram：羅列每個(gè)類實(shí)例的內(nèi)存占比，包括自身內(nèi)存占用量(Shallow Heap)及支配對(duì)象的內(nèi)存占用量(Retain Heap)，支持按 package、class loader、super class、class 聚類統(tǒng)計(jì)，最常用的功能之一。
• Leak Suspects：直擊引用鏈條上占用內(nèi)存較多的可疑對(duì)象，可解決一些基礎(chǔ)問(wèn)題，但復(fù)雜的問(wèn)題往往幫助有限。
• Top Consumers：展現(xiàn)哪些類、哪些 class loader、哪些 package 占用最高比例的內(nèi)存。

2.1.2 對(duì)象間依賴

• References：提供對(duì)象的外部引用關(guān)系、被引用關(guān)系。通過(guò)任一對(duì)象的直接引用及間接引用詳情(主要是屬性值及內(nèi)存占用)，進(jìn)而提供完善的依賴鏈路詳情。
• Dominator tree：支持按對(duì)象的 Retain Heap 排序，并提供詳細(xì)的支配關(guān)系，結(jié)合 references 可以實(shí)現(xiàn)大對(duì)象快速關(guān)聯(lián)分析；
• Thread overview：展現(xiàn)轉(zhuǎn)儲(chǔ) dump 文件時(shí)線程棧幀等詳細(xì)狀態(tài)，也提供各線程的 Retain Heap 等關(guān)聯(lián)內(nèi)存信息。
• Path To GC Roots：提供任一對(duì)象到GC Root的鏈路詳情，幫助了解不能被 GC 回收的原因。

2.1.3 對(duì)象狀態(tài)

• 最核心的是通過(guò) inspector 面板提供對(duì)象的屬性信息、類繼承關(guān)系信息等數(shù)據(jù)，協(xié)助分析內(nèi)存占用高與業(yè)務(wù)邏輯的關(guān)系。
• 集合狀態(tài)的檢測(cè)，如：通過(guò) ArrayList 或數(shù)組的填充率定位空集合空數(shù)組造成的內(nèi)存浪費(fèi)、通過(guò) HashMap 沖突率判定 hash 策略是否合理等。

2.1.4 按條件檢索對(duì)象

• OQL：提供一種類似于SQL的對(duì)象(類)級(jí)別統(tǒng)一結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言。如：查找 size＝0 且未使用過(guò)的 ArrayList： select * from java.util.ArrayList where size=0 and modCount=0；查找所有的String的length屬性的： select s.length from instanceof String s。
• 內(nèi)存分布及對(duì)象間依賴的眾多功能，均支持按字符串檢索、按正則檢索等操作。
• 按虛擬內(nèi)存地址尋址，根據(jù)對(duì)象的十六進(jìn)制地址查找對(duì)象。

此外，為了便于記憶與回顧，整理了如下腦圖：

2.2 常見(jiàn)內(nèi)存分析工具對(duì)比

下圖中 Y 表示支持，N 表示不支持，時(shí)間截至發(fā)稿前。

?注 1：Dump 文件包含快照被轉(zhuǎn)儲(chǔ)時(shí)刻的 Java 對(duì)象 在堆內(nèi)存中的分布情況，但快照只是瞬間的記錄，所以不包含對(duì)象在何時(shí)、在哪個(gè)方法中被分配這類信息。

注 2：一般堆外內(nèi)存溢出排查可結(jié)合 gperftools 與 btrace 排查，此類文章較多不展開(kāi)介紹。

3. Quick Start 及使用技巧

3.1 Quick Start

注：Quick Start 文章較多，本文著重介紹安裝流程及使用技巧。

1、安裝 MAT：戳【下載鏈接】；也可直接集成到 Eclipse IDE中(路徑：Eclipse → Help → Eclipse Marketplace → 搜 “MAT”)。

2、調(diào)節(jié) MAT 堆內(nèi)存大小：MAT 分析時(shí)也作為 Java 進(jìn)程運(yùn)行，如果有足夠的內(nèi)存，建議至少分配 dump 文件大小*1.2 倍的內(nèi)存給 MAT，這樣分析速度會(huì)比較快。方式是修改MemoryAnalyer.ini文件，調(diào)整Xmx參數(shù)(Windows 可用搜索神器 everything 軟件查找并修改、MAC OS 一般在 /Applications/mat.app/Contents/Eclipse/MemoryAnalyzer.ini，如找不到可用 Alfred 軟件查詢修改)。

3、獲取堆快照 dump 文件(堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)需要先執(zhí)行 Full GC，線上服務(wù)使用時(shí)請(qǐng)注意影響)，一般用三種方式：

• 使用 JDK 提供的 jmap 工具，命令是 jmap -dump:format=b,file=文件名 進(jìn)程號(hào)。當(dāng)進(jìn)程接近僵死時(shí)，可以添加 -F 參數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)儲(chǔ)：jmap -F -dump:format=b,file=文件名 進(jìn)程號(hào)。
• 本地運(yùn)行的 Java 進(jìn)程，直接在 MAT 使用 File → accquire heap dump 功能獲取。
• 啟動(dòng) Java 進(jìn)程時(shí)配置JVM參數(shù)：-XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError，當(dāng)發(fā)生 OOM 時(shí)無(wú)需人工干預(yù)會(huì)自動(dòng)生成 dump文件。指定目錄用 -XX:HeapDumpPath=文件路徑 來(lái)設(shè)置。

4、分析 dump 文件：路徑是 File → Open Heap Dump ，然后 MAT 會(huì)建立索引并分析，dump 文件較大時(shí)耗時(shí)會(huì)很長(zhǎng)。分析后 dump 文件所在目錄會(huì)有后綴為 index 的索引文件，也會(huì)有包含 HTML 格式的后綴為 zip 的文件。

5、完成索引計(jì)算后，MAT 呈現(xiàn)概要視圖(Overview)，包含三個(gè)部分：

• 全局概覽信息，堆內(nèi)存大小、類數(shù)量、實(shí)例數(shù)量、Class Loader數(shù)量。
• Unreachable Object Histogram，展現(xiàn)轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照時(shí)可被回收的對(duì)象信息(一般不需要關(guān)注，除非 GC 頻繁影響實(shí)時(shí)性的場(chǎng)景分析才用到)
• Biggest Objects by Retained Size，展現(xiàn)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)過(guò)的哪幾個(gè)實(shí)例所關(guān)聯(lián)的對(duì)象占內(nèi)存總和較高，以及具體占用的內(nèi)存大小，一般相關(guān)代碼比較簡(jiǎn)單情況下，往往可以直接分析具體的引用關(guān)系異常，如內(nèi)存泄漏等。此外也包含了最大對(duì)象和鏈接支持繼續(xù)深入分析。 ?

6、如果代碼比較復(fù)雜，需要繼續(xù)使用 MAT 各種工具并結(jié)合業(yè)務(wù)代碼進(jìn)一步分析內(nèi)存異常的原因。最常用的幾項(xiàng)如下(具體案例、場(chǎng)景、使用方式在《JVM 內(nèi)存分析工具 MAT 的深度講解與實(shí)踐——進(jìn)階篇》詳細(xì)介紹)：

• 查看堆整體情況的：Histogram、Dominator tree、Thread details等(各功能入口整理如下) ?
• MAT 分析過(guò)的 Top Consumers 、Leak Suspects等 ?

3.2 使用技巧及注意事項(xiàng)

1、注意對(duì)運(yùn)行進(jìn)程的性能影響：Heap dump 時(shí)會(huì)先進(jìn)行 Full GC，另外為保證對(duì)象數(shù)據(jù)視圖一致，需要在安全點(diǎn) Stop The World 暫停響應(yīng)，線上服務(wù)進(jìn)行務(wù)必注意性能影響。可以采取以下技巧減少影響：

• 先禁用入口流量，再執(zhí)行 dump 動(dòng)作。
• 選擇影響較小時(shí) dump 內(nèi)存。
• 使用腳本捕獲指定事件時(shí) dump 內(nèi)存。

2、Dump 文件及建立的索引文件可能較大，如果開(kāi)發(fā)機(jī)配置不足無(wú)法分析，可在服務(wù)器先執(zhí)行分析后，基于分析后的索引文件直接查看結(jié)果，另外也需要注意磁盤(pán)占用問(wèn)題：

• 大文件分析方法：一般 dump 文件不高于分析機(jī)主存 1.2 倍可直接在開(kāi)發(fā)機(jī)分析；若 dump 文件過(guò)大，可以使用 MAT 提供的腳本在配置高的高配機(jī)器先建立索引再直接展現(xiàn)索引分析結(jié)果(一般是 Linux 機(jī)器，可以使用 MAT 提供的腳本：./ParseHeapDump.sh $HEAPDUMP，堆信息有 unreachable 標(biāo)記的垃圾對(duì)象，在 dump 時(shí)也保存了下來(lái)，默認(rèn)不分析此部分?jǐn)?shù)據(jù)，如需要在啟動(dòng)腳本 ParseHeapDump.sh 中加入：-keep_unreachable_objects)。
• 如果不關(guān)注堆中不可達(dá)對(duì)象，使用“l(fā)ive”參數(shù)可以減小文件大小，命令是 jmap -dump:live,format=b,file=
• Dump 前主動(dòng)手動(dòng)執(zhí)行一次 FULL GC ，去除無(wú)效對(duì)象進(jìn)一步減少 dump 堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)及建立索引的時(shí)間。
• Dump文件巨大，建立索引后發(fā)現(xiàn)主視圖中對(duì)象占用內(nèi)存均較小，這是因?yàn)榻^大部分對(duì)象未被 GC Roots 引用可釋放。
• Dump 時(shí)注意指定到空間較大的磁盤(pán)位置，避免打滿分區(qū)影響服務(wù)。
• 建立 dump 索引機(jī)器的磁盤(pán)空間需要足夠大，一般至少是 dump 文件的兩倍，因?yàn)樯傻闹虚g索引文件也較大，如下圖： ?

3、其他

• JDK 版本問(wèn)題：如遇“VMVersionMismatchException”，使用啟動(dòng)目標(biāo)進(jìn)程的 JDK 版本即可。
• 部分核心功能主界面未展現(xiàn)，問(wèn)題足夠復(fù)雜時(shí)需打開(kāi)，如 MAT 默認(rèn)不打開(kāi) inspector，如需根據(jù)對(duì)象數(shù)據(jù)值做業(yè)務(wù)分析，建議打開(kāi)該視圖。
• 配置了 HeapDumpOnOutOfMemoryError 參數(shù)，但 OutOfMemoryError 時(shí)但沒(méi)有自動(dòng)生成 dump 文件，可能原因有三個(gè)：應(yīng)用程序自行創(chuàng)建并拋出 OutOfMemoryError進(jìn)程的其他資源(如線程)已用盡C 代碼(如 JVM 源碼)中堆耗盡，這種可能由于不同的原因而出現(xiàn)，例如在交換空間不足的情況下，進(jìn)程限制用盡或僅地址空間的限制，此時(shí) dump 文件分析并無(wú)實(shí)質(zhì)性幫助。

總結(jié)展望：至此本文講解了 MAT 實(shí)踐必備的初級(jí)內(nèi)容，在下一篇《JVM 內(nèi)存分析工具 MAT 的深度講解與實(shí)踐——進(jìn)階篇》會(huì)展開(kāi)并詳細(xì)介紹 MAT 豐富的核心功能，每個(gè)功能點(diǎn)講解都會(huì)從具體場(chǎng)景聊起，幫助大家在實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景下加深體會(huì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)階。

參考內(nèi)容

• MAT官網(wǎng)：https://help.eclipse.org/2020-09/index.jsp?topic=/org.eclipse.mat.ui.help/welcome.html

作者|Q的博客|https://juejin.cn/post/6908665391136899079

JVM 內(nèi)存分析往往由團(tuán)隊(duì)較資深的同學(xué)來(lái)做，本系列通過(guò)3篇文章，深度解析并幫助讀者全面深度掌握 MAT 的使用方法。即使沒(méi)有 JVM 內(nèi)存分析的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也能快速成為內(nèi)存分析高手！

本系列共三篇文章如下， 本文是第一篇入門篇：

• 《JVM 內(nèi)存分析工具 MAT 的深度講解與實(shí)踐——入門篇》 介紹 MAT 產(chǎn)品功能、基礎(chǔ)概念、與其他工具對(duì)比、Quick Start 指南。
• 《JVM 內(nèi)存分析工具 MAT 的深度講解與實(shí)踐——進(jìn)階篇》 展開(kāi)并詳細(xì)介紹 MAT 的核心功能，并在具體實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景下講解幫大家加深體會(huì)。
• 《JVM 內(nèi)存分析工具 MAT 的深度講解與實(shí)踐——高階篇》 總結(jié)復(fù)雜內(nèi)存問(wèn)題的系統(tǒng)性分析方法，并通過(guò)一個(gè)綜合案例提升大家的實(shí)戰(zhàn)能力。

《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的envi 文件 生成mat_JVM 内存分析工具 MAT 的深度讲解与实践——入门篇的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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