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使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二）

前言的前言

寫blog就是好，在大前提下可以想說(shuō)什么寫什么，不像投稿那么字字斟酌。上周末回了趟成都辦事，所以本文來(lái)遲了。K117從達(dá)州經(jīng)由達(dá)成線往成都方向走的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)鐵路邊有條河，盡管我現(xiàn)在也不知道其名字，但已被其深深的陶醉。河很寬且水流平緩，河邊山丘森林密布，民房星星點(diǎn)點(diǎn)的分布在河邊，河里偶爾些小船。當(dāng)時(shí)我就在想，在這里生活是多么的愜意，夏天還可以下去暢游一番，閑來(lái)無(wú)事也可垂釣。唉，越來(lái)越討厭北漂了。

前言

在使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（一）中，我介紹了內(nèi)存泄漏的前因后果。在本文中，將介紹MAT如何根據(jù)heap dump分析泄漏根源。由于測(cè)試范例可能過(guò)于簡(jiǎn)單，很容易找出問(wèn)題，但我期待借此舉一反三。
一開(kāi)始不得不說(shuō)說(shuō)ClassLoader，本質(zhì)上，它的工作就是把磁盤上的類文件讀入內(nèi)存，然后調(diào)用java.lang.ClassLoader.defineClass方法告訴系統(tǒng)把內(nèi)存鏡像處理成合法的字節(jié)碼。Java提供了抽象類ClassLoader，所有用戶自定義類裝載器都實(shí)例化自ClassLoader的子類。system class loader在沒(méi)有指定裝載器的情況下默認(rèn)裝載用戶類，在Sun Java 1.5中既sun.misc.Launcher$AppClassLoader。更詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)參看下面的資料。

準(zhǔn)備heap dump

請(qǐng)看下面的Pilot類，沒(méi)啥特殊的。

/**
* Pilot class
* @author rosen jiang
*/
package org.rosenjiang.bo;

public class Pilot{

    String name;
    int age;

    public Pilot(String a, int b){
        name = a;
        age = b;
    }
}

然后再看OOMHeapTest類，它是如何撐破heap dump的。

/**
* OOMHeapTest class
* @author rosen jiang
*/
package org.rosenjiang.test;

import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import org.rosenjiang.bo.Pilot;

public class OOMHeapTest {
    public static void main(String[] args){
        oom();
    }

    private static void oom(){
        Map<String, Pilot> map = new HashMap<String, Pilot>();
        Object[] array = new Object[1000000];
        for(int i=0; i<1000000; i++){
            String d = new Date().toString();
            Pilot p = new Pilot(d, i);
            map.put(i+"rosen jiang", p);
            array[i]=p;
        }
    }
}

是的，上面構(gòu)造了很多的Pilot類實(shí)例，向數(shù)組和map中放。由于是Strong Ref，GC自然不會(huì)回收這些對(duì)象，一直放在heap中直到溢出。當(dāng)然在運(yùn)行前，先要在Eclipse中配置VM參數(shù)-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError。好了，一會(huì)兒功夫內(nèi)存溢出，控制臺(tái)打出如下信息。

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid3600.hprof

Heap dump file created [78233961 bytes in 1.995 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

java_pid3600.hprof既是heap dump，可以在OOMHeapTest類所在的工程根目錄下找到。

MAT安裝

話分兩頭說(shuō)，有了heap dump還得安裝MAT。可以在http://www.eclipse.org/mat/downloads.php選擇合適的方式安裝。安裝完成后切換到Memory Analyzer視圖。在Eclipse的左上角有Open Heap Dump按鈕，按照剛才說(shuō)的路徑找到j(luò)ava_pid3600.hprof文件并打開(kāi)。解析hprof文件會(huì)花些時(shí)間，然后會(huì)彈出向?qū)В苯覨inish即可。稍后會(huì)看到下圖所示的界面。

MAT工具分析了heap dump后在界面上非常直觀的展示了一個(gè)餅圖，該圖深色區(qū)域被懷疑有內(nèi)存泄漏，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)heap才64M內(nèi)存，深色區(qū)域就占了99.5%。接下來(lái)是一個(gè)簡(jiǎn)短的描述，告訴我們main線程占用了大量?jī)?nèi)存，并且明確指出system class loader加載的"java.lang.Thread"實(shí)例有內(nèi)存聚集，并建議用關(guān)鍵字"java.lang.Thread"進(jìn)行檢查。所以，MAT通過(guò)簡(jiǎn)單的兩句話就說(shuō)明了問(wèn)題所在，就算使用者沒(méi)什么處理內(nèi)存問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。在下面還有一個(gè)"Details"鏈接，在點(diǎn)開(kāi)之前不妨考慮一個(gè)問(wèn)題：為何對(duì)象實(shí)例會(huì)聚集在內(nèi)存中，為何存活（而未被GC）？是的——Strong Ref，那么再走近一些吧。

點(diǎn)擊了"Details"鏈接之后，除了在上一頁(yè)看到的描述外，還有Shortest Paths To the Accumulation Point和Accumulated Objects部分，這里說(shuō)明了從GC root到聚集點(diǎn)的最短路徑，以及完整的reference chain。觀察Accumulated Objects部分，java.util.HashMap和java.lang.Object[1000000]實(shí)例的retained heap(size)最大，在上一篇文章中我們知道retained heap代表從該類實(shí)例沿著reference chain往下所能收集到的其他類實(shí)例的shallow heap(size)總和，所以明顯類實(shí)例都聚集在HashMap和Object數(shù)組中了。這里我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，既Object數(shù)組的shallow heap和retained heap竟然一樣，通過(guò)Shallow and retained sizes一文可知，數(shù)組的shallow heap和一般對(duì)象（非數(shù)組）不同，依賴于數(shù)組的長(zhǎng)度和里面的元素的類型，對(duì)數(shù)組求shallow heap，也就是求數(shù)組集合內(nèi)所有對(duì)象的shallow heap之和。好，再來(lái)看org.rosenjiang.bo.Pilot對(duì)象實(shí)例的shallow heap為何是16，因?yàn)閷?duì)象頭是8字節(jié)，成員變量int是4字節(jié)、String引用是4字節(jié)，故總共16字節(jié)。

接著往下看，來(lái)到了Accumulated Objects by Class區(qū)域，顧名思義，這里能找到被聚集的對(duì)象實(shí)例的類名。org.rosenjiang.bo.Pilot類上頭條了，被實(shí)例化了290,325次，再返回去看程序，我承認(rèn)是故意這么干的。還有很多有用的報(bào)告可用來(lái)協(xié)助分析問(wèn)題，只是本文中的例子太簡(jiǎn)單，也用不上。以后如有用到，一定撰文詳細(xì)敘述。

又是perm gen

我們?cè)谏弦黄恼轮兄溃琾erm gen是個(gè)異類，里面存儲(chǔ)了類和方法數(shù)據(jù)（與class loader有關(guān)）以及interned strings（字符串駐留）。在heap dump中沒(méi)有包含太多的perm gen信息。那么我們就用這些少量的信息來(lái)解決問(wèn)題吧。

看下面的代碼，利用interned strings把perm gen撐破了。

/**
* OOMPermTest class
* @author rosen jiang
*/
package org.rosenjiang.test;

public class OOMPermTest {
    public static void main(String[] args){
        oom();
    }

    private static void oom(){
        Object[] array = new Object[10000000];
        for(int i=0; i<10000000; i++){
            String d = String.valueOf(i).intern();
            array[i]=d;
        }
    }
}

控制臺(tái)打印如下的信息，然后把java_pid1824.hprof文件導(dǎo)入到MAT。其實(shí)在MAT里，看到的狀況應(yīng)該和“OutOfMemoryError: Java heap space”差不多（用了數(shù)組），因?yàn)閔eap dump并沒(méi)有包含interned strings方面的任何信息。只是在這里需要強(qiáng)調(diào)，使用intern()方法的時(shí)候應(yīng)該多加注意。

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
Dumping heap to java_pid1824.hprof

Heap dump file created [121273334 bytes in 2.845 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

倒是在思考如何把class loader撐破廢了些心思。經(jīng)過(guò)嘗試，發(fā)現(xiàn)使用ASM來(lái)動(dòng)態(tài)生成類才能達(dá)到目的。ASM(http://asm.objectweb.org)的主要作用是處理已編譯類(compiled class)，能對(duì)已編譯類進(jìn)行生成、轉(zhuǎn)換、分析（功能之一是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)代理），而且它運(yùn)行起來(lái)足夠的快和小巧，文檔也全面，實(shí)屬居家必備之良品。ASM提供了core API和tree API，前者是基于事件的方式，后者是基于對(duì)象的方式，類似于XML的SAX、DOM解析，但是使用tree API性能會(huì)有損失。既然下面要用到ASM，這里不得不啰嗦下已編譯類的結(jié)構(gòu)，包括：
    1、修飾符（例如public、private）、類名、父類名、接口和annotation部分。
    2、類成員變量聲明，包括每個(gè)成員的修飾符、名字、類型和annotation。
    3、方法和構(gòu)造函數(shù)描述，包括修飾符、名字、返回和傳入?yún)?shù)類型，以及annotation。當(dāng)然還包括這些方法或構(gòu)造函數(shù)的具體Java字節(jié)碼。
    4、常量池(constant pool)部分，constant pool是一個(gè)包含類中出現(xiàn)的數(shù)字、字符串、類型常量的數(shù)組。

已編譯類和原來(lái)的類源碼區(qū)別在于，已編譯類只包含類本身，內(nèi)部類不會(huì)在已編譯類中出現(xiàn)，而是生成另外一個(gè)已編譯類文件；其二，已編譯類中沒(méi)有注釋；其三，已編譯類沒(méi)有package和import部分。
這里還得說(shuō)說(shuō)已編譯類對(duì)Java類型的描述，對(duì)于原始類型由單個(gè)大寫字母表示，Z代表boolean、C代表char、B代表byte、S代表short、I代表int、F代表float、J代表long、D代表double；而對(duì)類類型的描述使用內(nèi)部名(internal name)外加前綴L和后面的分號(hào)共同表示來(lái)表示，所謂內(nèi)部名就是帶全包路徑的表示法，例如String的內(nèi)部名是java/lang/String；對(duì)于數(shù)組類型，使用單方括號(hào)加上數(shù)據(jù)元素類型的方式描述。最后對(duì)于方法的描述，用圓括號(hào)來(lái)表示，如果返回是void用V表示，具體參考下圖。

下面的代碼中會(huì)使用ASM core API，注意接口ClassVisitor是核心，F(xiàn)ieldVisitor、MethodVisitor都是輔助接口。ClassVisitor應(yīng)該按照這樣的方式來(lái)調(diào)用：visit visitSource? visitOuterClass? ( visitAnnotation | visitAttribute )*( visitInnerClass | visitField | visitMethod )* visitEnd。就是說(shuō)visit方法必須首先調(diào)用，再調(diào)用最多一次的visitSource，再調(diào)用最多一次的visitOuterClass方法，接下來(lái)再多次調(diào)用visitAnnotation和visitAttribute方法，最后是多次調(diào)用visitInnerClass、visitField和visitMethod方法。調(diào)用完后再調(diào)用visitEnd方法作為結(jié)尾。

注意ClassWriter類，該類實(shí)現(xiàn)了ClassVisitor接口，通過(guò)toByteArray方法可以把已編譯類直接構(gòu)建成二進(jìn)制形式。由于我們要?jiǎng)討B(tài)生成子類，所以這里只對(duì)ClassWriter感興趣。首先是抽象類原型：

/**
* @author rosen jiang
* MyAbsClass class
*/
package org.rosenjiang.test;

public abstract class MyAbsClass {
    int LESS = -1;
    int EQUAL = 0;
    int GREATER = 1;
    abstract int absTo(Object o);
}

其次是自定義類加載器，實(shí)在沒(méi)法，ClassLoader的defineClass方法都是protected的，要加載字節(jié)數(shù)組形式（因?yàn)閠oByteArray了）的類只有繼承一下自己再實(shí)現(xiàn)。

/**
* @author rosen jiang
* MyClassLoader class
*/
package org.rosenjiang.test;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    public Class defineClass(String name, byte[] b) {
        return defineClass(name, b, 0, b.length);
    }
}

最后是測(cè)試類。

/**
* @author rosen jiang
* OOMPermTest class
*/
package org.rosenjiang.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

public class OOMPermTest {
    public static void main(String[] args) {
        OOMPermTest o = new OOMPermTest();
        o.oom();
    }

    private void oom() {
        try {
            ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
            cw.visit(Opcodes.V1_5, Opcodes.ACC_PUBLIC + Opcodes.ACC_ABSTRACT,
            "org/rosenjiang/test/MyAbsClass", null, "java/lang/Object",
            new String[] {});
            cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC + Opcodes.ACC_FINAL + Opcodes.ACC_STATIC, "LESS", "I",
            null, new Integer(-1)).visitEnd();
            cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC + Opcodes.ACC_FINAL + Opcodes.ACC_STATIC, "EQUAL", "I",
            null, new Integer(0)).visitEnd();
            cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC + Opcodes.ACC_FINAL + Opcodes.ACC_STATIC, "GREATER", "I",
            null, new Integer(1)).visitEnd();
            cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC + Opcodes.ACC_ABSTRACT, "absTo",
            "(Ljava/lang/Object;)I", null, null).visitEnd();
            cw.visitEnd();
            byte[] b = cw.toByteArray();

            List<ClassLoader> classLoaders = new ArrayList<ClassLoader>();
            while (true) {
                MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
                classLoader.defineClass("org.rosenjiang.test.MyAbsClass", b);
                classLoaders.add(classLoader);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

不一會(huì)兒，控制臺(tái)就報(bào)錯(cuò)了。

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
Dumping heap to java_pid3023.hprof

Heap dump file created [92593641 bytes in 2.405 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

打開(kāi)java_pid3023.hprof文件，注意看下圖的Classes: 88.1k和Class Loader: 87.7k部分，從這點(diǎn)可看出class loader加載了大量的類。

更進(jìn)一步分析，點(diǎn)擊上圖中紅框線圈起來(lái)的按鈕，選擇Java Basics——Class Loader Explorer功能。打開(kāi)后能看到下圖所示的界面，第一列是class loader名字；第二列是class loader已定義類(defined classes)的個(gè)數(shù)，這里要說(shuō)一下已定義類和已加載類(loaded classes)了，當(dāng)需要加載類的時(shí)候，相應(yīng)的class loader會(huì)首先把請(qǐng)求委派給父class loader，只有當(dāng)父class loader加載失敗后，該class loader才會(huì)自己定義并加載類，這就是Java自己的“雙親委派加載鏈”結(jié)構(gòu)；第三列是class loader所加載的類的實(shí)例數(shù)目。

在Class Loader Explorer這里，能發(fā)現(xiàn)class loader是否加載了過(guò)多的類。另外，還有Duplicate Classes功能，也能協(xié)助分析重復(fù)加載的類，在此就不再截圖了，可以肯定的是MyAbsClass被重復(fù)加載了N多次。

最后

其實(shí)MAT工具非常的強(qiáng)大，上面故弄玄虛的范例代碼根本用不上MAT的其他分析功能，所以就不再描述了。其實(shí)對(duì)于OOM不只我列舉的兩種溢出錯(cuò)誤，還有多種其他錯(cuò)誤，但我想說(shuō)的是，對(duì)于perm gen，如果實(shí)在找不出問(wèn)題所在，建議使用JVM的-verbose參數(shù)，該參數(shù)會(huì)在后臺(tái)打印出日志，可以用來(lái)查看哪個(gè)class loader加載了什么類，例：“[Loaded org.rosenjiang.test.MyAbsClass from org.rosenjiang.test.MyClassLoader]”。
全文完。

參考資料

memoryanalyzer Blog
java類加載器體系結(jié)構(gòu)
ClassLoader

請(qǐng)注意！引用、轉(zhuǎn)貼本文應(yīng)注明原作者：Rosen Jiang 以及出處： http://www.aygfsteel.com/rosen

posted on 2010-06-13 16:13 Rosen 閱讀(121264) 評(píng)論(19) 編輯收藏所屬分類: Java 基礎(chǔ)

評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二）[未登錄](méi) 2010-06-13 16:31 Jet

好文章啊，支持一直寫下去~~ 回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-06-14 14:11 滴水

很棒，幾種分類測(cè)試讓人更加深刻的理解了JVM的內(nèi)存分配機(jī)制。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-06-14 14:50 BeanSoft

經(jīng)典文章! 回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-06-14 18:12 Rosen

@Jet
@滴水
@BeanSoft
感謝各位的關(guān)注！非常感謝。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二）[未登錄](méi) 2010-06-22 14:58 benbenming

OutOfMemory一直是一個(gè)頭疼的問(wèn)題。
兩篇文章，附帶多個(gè)鏈接文章，我來(lái)來(lái)回回讀了兩天。
受益匪淺。
我也去用用MAT，到時(shí)候還需要你的指點(diǎn)。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-06-22 15:29 Rosen

@benbenming
welcome，都是一個(gè)積累的過(guò)程。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-11-18 09:54 yygy

我用上面的例子，eclipse3.2.2+jdk1.5.0_16,在eclipse.ini 里加-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,運(yùn)行時(shí)報(bào)java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，但沒(méi)產(chǎn)生hprof文件，請(qǐng)問(wèn)博主是不是還有其它什么要配的回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-11-18 12:16 Rosen

@yygy
未觀察過(guò)Eclipse的dump（猜想你是在進(jìn)行Eclipse插件開(kāi)發(fā)）。建議你在Eclipse社區(qū)中尋找答案。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-11-18 14:17 yygy

@Rosen
博主寫的先要在Eclipse中配置VM參數(shù)-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,這個(gè)是指在eclipse.ini 里配的嗎？沒(méi)有進(jìn)行插件開(kāi)發(fā),只是在eclipse下進(jìn)行測(cè)試。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2010-11-18 14:21 Rosen

@yygy
請(qǐng)參考http://wiki.eclipse.org/index.php/MemoryAnalyzer中的Getting a Heap Dump章節(jié)，我是在tomcat啟動(dòng)參數(shù)中加的，而不是eclipse.ini。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2013-06-16 22:00 woyaowenzi

好文章啊。忍不住留言。和大神合個(gè)影，咔嚓。。。
后面的一部分沒(méi)怎么看懂。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2014-03-16 17:25 tp7309

好文是必須要頂?shù)摹?nbsp; 回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2014-04-14 18:21 moyue

為什么我用的時(shí)候，我想要查看Thread Details 但是它下面是空的，什么都沒(méi)有？怎么查看線程的細(xì)節(jié)？回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2015-08-04 16:01 honghui.li

河很寬且水流平緩，河邊山丘森林密布，民房星星點(diǎn)點(diǎn)的分布在河邊，河里偶爾些小船。

很像隆盛鎮(zhèn) 回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2015-11-11 15:36 JDongfeng

好文章，頂一個(gè)。回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二） 2016-01-04 18:17 ll

好長(zhǎng)…… 回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二）[未登錄](méi) 2016-05-06 16:49 James

麻煩問(wèn)下我打開(kāi)hprof文件時(shí)候報(bào)錯(cuò)了，麻煩問(wèn)下要怎樣配置，錯(cuò)誤如下：
An internal error occurred during: "Parsing heap dump from 'E:\workspace\Test\java_pid6600.hprof'".
Java heap space 回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二）[未登錄](méi) 2016-05-15 15:41 fox

把虛擬內(nèi)存改的比文件大就行了@James
回復(fù) 更多評(píng)論

# re: 使用Memory Analyzer tool(MAT)分析內(nèi)存泄漏（二）[未登錄](méi) 2016-08-13 13:16 dddd

樓主可以去看看一篇jvm的連載公眾號(hào) ITmenghuo 回復(fù) 更多評(píng)論

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