MAT工具定位分析Java堆内存泄漏问题方法

原创/朱季谦

一、MAT概述与安装

MAT，全称Memory Analysis Tools，是一款分析Java堆内存的工具，可以快速定位到堆内泄漏问题。该工具提供了两种使用方式，一种是插件版，可以安装到Eclipse使用，另一种是独立版，可以直接解压使用。

我把独立版MAT安装包放到了网盘上，方便直接下载————
链接：百度网盘请输入提取码
提取码：rhb5

独立版解压后，其内部文件是这样的——

这里有一个MemoryAnalyzer.ini文件，里面有一个Xmx参数，默认是-Xmx1024m，这代表MAT的最大内存大小，根据具体分析的dump文件大小来做适当调整。

点击MemoryAnalyzer.exe，启动完成后，即可以使用它来检查定位内存泄漏相关的问题了。

二、内存泄漏案例分析

下面，我会结合一个小案例来分享MAT的使用。

首先，用IDEA建立一个测试类——

public class example {
    public static void main(String[] args)  {
        List<User> list=new ArrayList<>();
        while (true){
            list.add(new User());
        }
    }
}

class User {
    private String name="demo";
    public User() {
    }
}

给这个测试类设置虚拟机参数，设置如：-Xms2m -Xmx2m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D:/local_system/git/demo/heapdump.hprof

这几个参数的意义是：

-Xms2m -Xmx2m：堆最小内存为2M，最大内存为2M。这里没有显示设置新生代大小，它会自动分配新生代大小，分配完剩下的，就是老年代大小了。

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：指发生内存溢出的时候，会自动生成一个二进制的堆快照文件，这个快照文件以.hprof后缀结尾。用MAT分析堆内存信息，就是利用这个.hprof文件。除了可以设置相应的虚拟机参数外，还可以通过jmap指令来获取到某个进程的堆快照文件，执行指令格式是：

jmap -dump:format=b,file=<dumpfile.hprof> <pid>

例如：jmap -dump:format=b,file=20210618.dump 7132，那么，这里20210618.dump就是自定义的dump堆转储文件名字，而7132是进程ID。只是使用jmap指令可能有一点不好的地方是，内存溢出是某个时间点发生的事情，jmap指令去获取到dump文件，存在时间差问题。而HeapDumpOnOutOfMemoryError则是在发生内存溢出时，同时生成的，故而会更准确些。

-XX:HeapDumpPath=D:/local_system/git/demo/heapdump.hprof：内存溢出产生的堆快照自动存储路径，可以自定义指定路径。

其实，在实际生产环境里，除了这些基本参数外，还有其他的JVM参数，这些参数都是用来调优的重点所在。

这里暂且以这些参数做实验，在运行IDEA时，可以将这些参数设置在IDEA的“Run/Debug Configurations”弹出框的VM options输入框里，如下截图所示——

按照以上方式设置好后，就可以运行该案例代码了，运行一会儿后，就会出现以下提示——

这表明，该代码已经发生内存溢出了，即ArrayList存储的对象大小已经超过堆内存，导致无法进行垃圾回收，也就是出现内存泄漏，进而导致内存溢出。当然，在本地是可以看到这么简单的异常提示的，但是在线上服务器上，就没有那么明显的内存溢出提示，就需要获取到产生的堆快照dump文件，然后再进一步分析堆快照信息。

三、使用MAT分析堆转储dump文件

我们将这个heapdump.hprof文件导入到MAT里。启动MAT，点击File，选择Open Heap Dump，然后选择对应的hprof文件。

在弹出框处，选择Leak Suspects Report，这是指内存泄漏报告——

点击Finish后，展示Overview主页面如下——

Overview主页面显示应用程序内存使用情况的概览，中间的饼图按retained size来显示最大的对象。注意一点是，在MAT中，会有两种大小表示，一个是Retained size，还有一个是Shallow Size，那么，两者有什么区别呢？

Shallow Size：表示对象自身占用的内存大小，不包括它引用的对象。
Retained size：当前对象内存大小+当前对象直接或间接引用的对象大小，全部的总和，简单理解，就是当前对象被GC后，总共能释放的内存大小。

1.Details显示的是dump文件的情况，表示堆大小为1.1MB，有516个class,40.2k个Object，3个类加载器等；

2.功能视图模块；

3.报表模块；

我比较喜欢用Actions的Histogram视图和Reports的Leak Suspects报表，Histogram视图是以类为维度来显示其实例数和每个类的使用内存量，可以协助我们查询哪些类对象占用较大内存；Leak Suspects则可以协助分析内存泄漏的原因所在。

- Histogram视图

以Class Name为维度，分别展示各个类的对象数量，Shallow Size，Retained size。这里有一个疑惑是，Shallow Size和Retained size没有显示是以什么为单位的，它默认是以byte为单位的，若要显示地让单位展示出来，可以这样设置，点击Window->Preferences

选择最后一项，点击Apply and Close——

再重新打开Histogram视图，就会生效了，单位就显示出来了——

根据这个Histogram视图，我们可以发现，com.example.demo.User数量和占用内存大小都比较高，同时说明了该User对象一直没有被GC回收掉，这时，可以右击，弹出框有以下一些菜单选项——

List objects

使用List Object可以查看对象引用关系，这里查看引用功能，包括本对象引用外部对象with outgoing references与外部对象引用本对象with incoming references。
1. with outgoing references
  
  使用该功能，可以查看对象内部都引用了哪些外部对象，例如，这里的User，其引用外部对象情况如下：
  
  对照这个案例的代码，可见，在创建这个User对象时，内部属性name就会指向一个字符串地址，换言之，该User对象内部有个引用指向了一个name字符串地址。
2. with incoming references
使用该功能，可以查看该对象都被哪些外部所引用了——

在案例代码当中，是以list.add(User)来不断存储User对象的，如截图所示，通过MAT可确定，存在一个ArrayList集合一直引用该User对象。

在实际开发当中，一个对象可能引用了诸多其他外部对象或者被诸多外部对象所引用，若一直引用着，说明某个对象一直存在GC ROOT可达的情况，反过来就意味着，该被引用的对象一直无法被GC回收处理，那么就可能会一直存在堆内存里，进而造成内存泄漏的情况。

Merge Shortest Paths to GC Roots->exclude all phantom/weak/soft etc. references

排除其他引用，只观察GC路径上强引用的对象，所观察到的，都是仍存活的对象。

除此之外，Histogram视图仍有其他功能，后期在学习过程当中，不断进行完善。

- Leak Suspects报表

Leak Suspects报表很直观地展现了一个饼图，图中颜色深的部分表示可能存在内存泄漏的嫌疑。每一个模块都有对应的详情信息。

这里拿模块a来讲解，其详情部分有一句话很关键：The memory is accumulated in one instance of "java.lang.Object[]", loaded by "", which occupies 617.55 KB (52.54%) bytes.The stacktrace of this Thread is available. See stacktrace. See stacktrace with involved local variables.

这句话翻译过来就是，内存累积在一个“java.lang.Object[]”实例中，由“”加载，占用617.55 KB（52.54%）字节。此线程的堆栈跟踪可用。请参见stacktrace。请参阅包含局部变量的stacktrace。

点击stacktrace，进入到一个页面，可以看到日志信息——