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[Java教程]深入理解JVM(八)java堆分析

    上一节介绍了针对JVM的监控工具,包括JPS可以查看当前所有的java进程,jstack查看线程栈可以帮助你分析是否有死锁等情况,jmap可以导出java堆文件在MAT工具上进行分析等等。这些工具都非常有用,但要用好他们需要不断的进行实践分析。本文将介绍使用MAT工具进行java堆分析的案例。

内存溢出(OOM)的原因

我们常见的OOM(OutOfMemoryError)发生的原因不只是堆内存溢出,堆内存溢出只是OOM其中一种情况,OOM还可能发生在元空间、线程栈、直接内存。

下面演示在各个区发生OOM的情况:

堆OOM

public static void main(String[] args) {  List<Byte[]> list=new ArrayList<Byte[]>();  for(int i=0;i<100;i++){   //构造1M大小的byte数值   Byte[] bytes=new Byte[1024*1024];   //将byte数组添加到list列表中,因为存在引用关系所以bytes数组不会被GC回收   list.add(bytes);  } }

以上程序设置最大堆内存50M,执行:

B}GWSJNE`YB3TX61`G_WQ~W

](D6G~9X}D5B$JE@ALE`4Q3

显然程序通过循环将占用100M的堆空间,超过了设置的50M,所以发生了堆内存的OOM。

针对这种OOM,解决办法是增加堆内存空间,在实际开发中必要的时候去掉引用关系,使垃圾回收器尽快对无用对象进行回收。

元空间OOM

public static void main(String[] args) throws Exception {  for(int i=0;i<1000;i++){   //动态创建类   Map<Object,Object> propertyMap = new HashMap<Object, Object>();    propertyMap.put("id", Class.forName("java.lang.Integer"));    CglibBean bean=new CglibBean(propertyMap);   //给 Bean 设置值    bean.setValue("id", new Random().nextInt(100));    //打印 Bean的属性id   System.out.println("id=" + bean.getValue("id"));   } }

以上代码通过Cglib动态创建class,设置元数据区大小为4M:

%ORZ7@WET_R$MKU8~A$CA%7

由于代码循环创建class,大量的class元数据,存放在元数据区超过了设置的4M空间,因此报元数据区OOM:

8OJX})A2Z(7T)%_W$4Q`@HE

解决该OOM的办法是增大MaxMetaspaceSize参数值,或者干脆不设置该参数,在默认情况元空间可使用的内存会受到本地内存的限制。

栈OOM

当创建新的线程时JVM会给每个线程分配栈内存,当创建线程过多,占用的内存也就越多,这种情况下有可能发生OOM:

public static void main(String[] args) throws Exception {  //循环创建线程  for (int i = 0; i < 1000000; i++) {   new Thread(new Runnable() {     public void run() {      try {       //线程sleep时间足够长,保证线程不销毁       Thread.sleep(200000000);      } catch (InterruptedException e) {       e.printStackTrace();      }     }    }).start();   System.out.println("created " + i + "threads");  } }

L$Y1U~O[ZWD6@~CIK5GA_~I

很明显解决此OOM的办法是减小线程数。

直接内存OOM

public static void main(String[] args) throws Exception {    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {   //申请堆外内存,这个内存是本地的直接内存,并非java堆内存   ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*1024);   System.out.println("created "+i+" byteBuffer");  } }

ByteBuffer的allocateDirect方法可以申请直接内存,当申请的内存超过的本地可用内存时,会报OOM:

K4Q7WUYB6Q8}]V7Q55$CCC9

解决该OOM的办法是适当使用堆外内存,如有必要可显式执行垃圾回收。(即在代码中执行System.gc();)

MAT工具使用

当java应用出现故障时,我们可能需要使用MAT分析问题,找出问题出现的原因,下面通过一个案例介绍MAT的使用方法:

准备:

我们事先从程序运行环境上使用jmap工具或者jvisualvm导出一个堆快照文件出来。

使用MAT工具打开:

FW)8Z)LWY@$6COXYT]L@S)5

我们发现占用内存最大的对象是AppClassLoader,我们知道AppClassLoader是用来加载应用的类,因此我们进一步查看它引用的对象。

PQGEE[C2%3}58X8[IPZ1A98

下图显示了AppClassLoader引用的对象空间使用情况,“Shallow Heap”表示浅堆的大小,浅堆就是类自身所占用的空间大小,也就是类本身元数据的大小。“Retained Heap”表示深堆的大小,深堆表示该类以及它引用的其他类所占用空间的总和,也表示该类被垃圾回收后,所能够释放的空间大小。(如果该类被回收了,他引用的对象会变成不可达对象因此也会被回收)

@(}%4RVBY%V]4EU[{0_2S%2

我们随藤摸瓜,继续查看深堆占用最大的对象。

{{7I%O]JG5SMRPDK5AS7ZV0

从上图可以看出造成深堆比较大的原因是程序当中包含了一个ArrayList,他里面包含有大量的String对象,并且每个String对象有80216字节大小。

因此针对这个堆的分析基本清楚了,因为程序中包括大量的String对象,而他们又在ArrayList当中,引用关系一直存在,因此无法被垃圾回收,造成OOM。

MAT其他功能说明

除了上述我们使用到的MAT功能外,还有一些功能也是经常用到的。

Histogram:显示每个类使用情况以及占用空间大小。

@{`LL)UT5](BIZLTYH9O_GR

上图可以看到char[]类,有1026个对象,占用5967480字节的空间,通过上面的分析得出结论是String对象占用了大部分的空间,而Stirng对象内部存放字符使用char[]来存放的,所以这里显示char[]的浅堆大小为5967480字节也是可以理解的。

Thread_overview:显示线程相关的信息。

QOI~NWMMXI1R%N9J5EWSVR7

OQL:通过类似SQL语句的表达式查询对象信息。

V7GA8FV@HY538J207_~DI%6

上图通过OQL语句查询字符串中匹配123的String对象。

结语

本文首先介绍了java程序中出现OOM的几种情况,然后通过简单的案例介绍了MAT的基本用法。