深入理解JVM（八）——java堆分析

本文轉載自查看原文 2017-09-12 11:39 6126 JVM

上一節介紹了針對JVM的監控工具，包括JPS可以查看當前所有的java進程，jstack查看線程棧可以幫助你分析是否有死鎖等情況，jmap可以導出java堆文件在MAT工具上進行分析等等。這些工具都非常有用，但要用好他們需要不斷的進行實踐分析。本文將介紹使用MAT工具進行java堆分析的案例。

內存溢出（OOM）的原因

我們常見的OOM（OutOfMemoryError）發生的原因不只是堆內存溢出，堆內存溢出只是OOM其中一種情況，OOM還可能發生在元空間、線程棧、直接內存。

下面演示在各個區發生OOM的情況：

堆OOM

public static void main(String[] args)
    {
        List<Byte[]> list=new ArrayList<Byte[]>();
        for(int i=0;i<100;i++){
            //構造1M大小的byte數值
            Byte[] bytes=new Byte[1024*1024];
            //將byte數組添加到list列表中，因為存在引用關系所以bytes數組不會被GC回收
            list.add(bytes);
        }
    }

以上程序設置最大堆內存50M，執行：

顯然程序通過循環將占用100M的堆空間，超過了設置的50M，所以發生了堆內存的OOM。

針對這種OOM，解決辦法是增加堆內存空間，在實際開發中必要的時候去掉引用關系，使垃圾回收器盡快對無用對象進行回收。

元空間OOM

public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        for(int i=0;i<1000;i++){
            //動態創建類
            Map<Object,Object> propertyMap = new HashMap<Object, Object>();  
            propertyMap.put("id", Class.forName("java.lang.Integer"));    
            CglibBean bean=new CglibBean(propertyMap);
            //給 Bean 設置值    
            bean.setValue("id", new Random().nextInt(100));  
            //打印 Bean的屬性id
            System.out.println("id=" + bean.getValue("id"));    
        }
    }

以上代碼通過Cglib動態創建class，設置元數據區大小為4M：

由於代碼循環創建class，大量的class元數據，存放在元數據區超過了設置的4M空間，因此報元數據區OOM：

解決該OOM的辦法是增大MaxMetaspaceSize參數值，或者干脆不設置該參數，在默認情況元空間可使用的內存會受到本地內存的限制。

棧OOM

當創建新的線程時JVM會給每個線程分配棧內存，當創建線程過多，占用的內存也就越多，這種情況下有可能發生OOM:

public static void main(String[] args) throws Exception {
        //循環創建線程
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                    public void run() {
                        try {
                            //線程sleep時間足夠長，保證線程不銷毀
                            Thread.sleep(200000000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }).start();
            System.out.println("created " + i + "threads");
        }
    }

很明顯解決此OOM的辦法是減小線程數。

直接內存OOM

public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            //申請堆外內存，這個內存是本地的直接內存，並非java堆內存
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*1024);
            System.out.println("created "+i+" byteBuffer");
        }
    }

ByteBuffer的allocateDirect方法可以申請直接內存，當申請的內存超過的本地可用內存時，會報OOM：

解決該OOM的辦法是適當使用堆外內存，如有必要可顯式執行垃圾回收。（即在代碼中執行System.gc();）

MAT工具使用

當java應用出現故障時，我們可能需要使用MAT分析問題，找出問題出現的原因，下面通過一個案例介紹MAT的使用方法：

准備：

我們事先從程序運行環境上使用jmap工具或者jvisualvm導出一個堆快照文件出來。

使用MAT工具打開：

我們發現占用內存最大的對象是AppClassLoader，我們知道AppClassLoader是用來加載應用的類，因此我們進一步查看它引用的對象。

下圖顯示了AppClassLoader引用的對象空間使用情況，“Shallow Heap”表示淺堆的大小，淺堆就是類自身所占用的空間大小，也就是類本身元數據的大小。“Retained Heap”表示深堆的大小，深堆表示該類以及它引用的其他類所占用空間的總和，也表示該類被垃圾回收后，所能夠釋放的空間大小。（如果該類被回收了，他引用的對象會變成不可達對象因此也會被回收）

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