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
很多故障跟数据结构中实际存储的数值会很有关系。有时候我们能够预感到这类数据，例如：
-
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，通常会把一些相对静态的内容在内存中做缓存。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。
由于内存有限，缓存池通常会设置容积上限。这个值可以控制缓存池 占用内存量的最大值。 -
某些类的对象数量、某个对象导致的无法回收内存量（retained size）
-
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。
但很多时候我们并没有预先打印这些数值，或者很计算出这些数值（如无法回收内存量）。在没有日志记录的情况下，该如何获得这些数值？
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，用它可以将指定进程的整个Java堆(Java Heap)转储到指定的数据文件中
- MAT是一个第三方工具，可以从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)。用它可以对数据文件做非常详尽的分析。
它们之间的关系图示如下：
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。这个文件可以用MAT打开。
如果你在远程Linux系统中工作，可能需要使用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），然后执行）：
#假设mat工具已经解压到/usr/local/mat中 cd /usr/local/mat #如果dump.map文件尺寸较大（例如2GB以上），需要修改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文件即可开始分析。
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—所有的Java对象的数据成员，以及它们之间的引用关系等。并且MAT又是一个非常棒的工具，因此上述内容都可以看到。并且MAT还为内存泄漏的分析有特别的支持，它能够计算出每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，通常很容易就能确定究竟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，通常可以通过如下几个方式来查看：
- Leak Suspect： Memory Analyzer智能分析出的最可能发生内存泄漏的对象，通常也就是占用内存量（Retained Size）最大的对象
- Dominator Tree查看，常用的两种方式：
- 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）
- Threads View查看：可以看到各个线程的调用栈，以及局部引用的值
- Object Query Language查询：可以用类似SQL的语句查询整个Java Heap堆
使用MAT不但可以观察(Inspect)所有对象的成员变量的值，如果变量是引用，还可以跟踪（follow）引用（reference）进一步查看相关对象的数据。
示例
撰写程序如下（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，然后使用jps列出所有Java进程：
jps -mlvV
jps输出类似如下信息：
91888 sun.tools.jps.Jps -mlvV -Dapplication.home=E:\Java\jdk1.7.0_45 -Xms8m 90752 MatExample
上面90752便是MatExample的进程编号(PID)，现在我们运行jmap获取数据文件（存储到dump.map）：
jmap -dump:file=dump.map 90752
接着启动MAT，并通过菜单中 File->Open Heap Dump 打开dump.map，如图：
MAT会读取数据文件到内存中并作必要的预处理（如果是较大的文件，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，让我们选择一种分析方式。我们可以选择泄漏嫌疑对象报告（Leak Suspects Report）分析，然后点“Finish”。
MAT呈现出一个饼图描述该进程内存的分布情况，在此图形中可以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”，并且是一个LinkedList对象造成的。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，可以打开线程视图(Threads view)，查看带有局部变量的调用栈信息。
从中可以清晰看到是在MatExample.main函数中引用的一个LinkedList占用了720,040字节。
我们可以点击菜单中Window -> Inspector，然后查看该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)能够帮助我们较迅速地定位到内存泄漏点。
另外，也可以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，也可以看到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";
我们可以尝试下跟踪引用：在Inspector窗口中，对一个引用点击右键，然后选择“Go Into”
即可看到该对象的属性。
如果希望让引用对象显示在右图中，可以选择"List objects -> with outgoing references”
这样可以更方便地进一步跟踪其引用。
但我们发现，代码中创建的MatExample对象
MatExample instance = new MatExample();
并没有出现在之前的图中
可以尝试下Object Query Language （OQL）。点击图标
输入查询语句
select * from INSTANCEOF MatExample
点击执行按钮
现在我们可以查到所有MatExample对象（本例只有一个）：
点选后，在Inspector窗口中，同样可以看到其成员变量的值。这里就不详述了。
总结
jmap和MAT是一对非常强大的工具，通过它们可以获知一个Java进程中所有Java级别（与Native级别相对）的数据内容。包括所有类、对象的值、引用关系、线程调用栈、局部引用，以及每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非常大的帮助。