1、heapdump 介绍

heapdump文件是一个二进制文件，它保存了某一时刻JVM堆中对象使用情况。heapdump文件是指定时刻的Java堆栈的快照，是一种镜像文件。
Heap Dump中主要包含当生成快照时堆中的java对象和类的信息，主要分为如下几类：

• 对象信息：类名、属性、基础类型和引用类型
• 类信息：类加载器、类名称、超类、静态属性
• gc roots：JVM中的一个定义，进行垃圾收集时，要遍历可达对象的起点节点的集合
• 线程栈和局部变量：快照生成时候的线程调用栈，和每个栈上的局部变量

2、heapdump 用途

heapdump是诊断与JVM内存相关的问题的重要手段，例如：内存泄漏、垃圾回收问题和java.lang.OutOfMemoryError。同时也是优化内存消耗的重要手段。

3、JVM内存结构简述

说起heapdump,了解jvm 的内存结构，会更有助于对heapdump的使用。
JVM定义了若干个程序执行期间使用的数据区域。这个区域里的一些数据在JVM启动的时候创建，在JVM退出的时候销毁。而其他的数据依赖于每一个线程，在线程创建时创建，在线程退出时销毁。
jvm结构概览如下：（各块区域详细解释不在此说明，百度即可查到）

JVM内存模型中的这些区域，都是有大小限制的，当然也可以通过JVM提供的参数来设置这些区域所占内存的大小。
运行时各区块的描述如下

-Xms :初始堆大小（默认物理内存1/64）;-Xmx :最大堆大小（默认物理内存1/4）.。
-Xss：表示每个线程栈的大小。
-Xmn：表示新生代(年轻代)的大小
-XX:NewRatio：默认为2，表示新生代占年老代的1/2，占整个堆内存的1/3。
-XX:SurvivorRatio：默认为8，表示一个survivor区占用1/8的Eden内存，即1/10的新生代内存。
-XX:MaxMetaspaceSize： 设置元空间最大值， 默认是-1， 只受限于本地内存大小。
-XX:MetaspaceSize： 指定元空间触发Full Gc的初始阈值(元空间无固定初始大小)， 以字节为单位。

内存为何会溢出

JVM根据generation(代)来进行GC，绝大多数的对象都在young generation被分配，也在young generation被收回，当young generation的空间被填满，GC会进行minor collection(次回收)，速度非常快。其中，young generation中未被回收的对象被转移到tenured generation，当tenured generation被填满时，即触发major collection(FULL GC主回收)，整个应用程序都会停止下来直到回收完成。

因此产生内存溢出错误原因一般出于以下原因：
1)JVM内存过小，或配置不合理
2)程序内存泄露导致的对象无法回收
3)产生的对象超过了超过了堆的大小

二、如何生成、导出heapdump

1、命令生成

jmap -dump:live,format=b,file=heapdump.hprof <pid>
#如下命令亦可
jcmd <pid> GC.heap_dump heapdump.hprof

2、配置Java 启动参数生成

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/opt/tmp/heapdump.hprof

三、基于MAT进行heapdump 分析

1、MAT工具介绍

mat(Eclipse Memory Analyzer tool),是一个快速且功能丰富的Java堆分析器，可帮助您查找内存泄漏并减少内存消耗。使用Memory Analyzer分析具有数亿个对象的高效堆转储，快速计算对象的保留大小，查看谁阻止垃圾收集器收集对象，运行报告以自动提取泄漏嫌疑者。

2、名词术语解释

在使用mat 前，先了解一些术语，便于工具的使用。

• Shallow heap：一个对象本身占用的堆内存大小，也就是对象头加成员变量（不是成员变量的值）的总和。一个对象中，每个引用占用8或64位，Integer占用4字节，Long占用8字节等等。
• Retained Heap：
  如果一个对象被释放掉，那会因为该对象的释放而减少引用进而被释放的所有的对象（包括被递归释放的）所占用的heap大小，即对象被垃圾回收器回收后能被GC从内存中移除的所有对象之和。相对于shallow heap，Retained heap可以更精确的反映一个对象实际占用的大小（若该对象释放，retained heap都可以被释放）。
• gc root: 在java语言中，都是通过可达性分析来判定对象是否存活的。此算法的基本思路是：通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连，则证明此对象是不可达的,因此能被GC 回收掉。因此可以得出，只有引用类型的变量才被认为是Roots，值类型的变量永远不被认为是Roots。GCROOT的目标对象是要以当前还在存活的对象集合，因此必须要选取确定存活的引用类型对象，GC管理的区域是java的堆，虚拟机栈、方法区和本地方法栈不被GC所管理，因此选用这些区域内引用的对象作为GC Roots，是不会被GC回收的。

3、MAT功能模块介绍

常用到的功能包括：Histogram直方图、Dominator Tree、Top consumers、Top consumers、Leak Suspects，如下进行逐一介绍。
打开dump后概览图如下：

为方便后续功能理解使用，先阐述几个通用功能
1.List object：其下有with outgoing references，with incoming references两个选项。
with outgoing references：查看当前对象持有的外部对象引用(在对象关系图中为从当前对象指向外的箭头)
with incoming references：查看当前对象被哪些外部对象所引用(在对象关系图中为指向当前对象的箭头)
2.Paths to GC Roots：从当前对象到GC roots的路径，这个路径解释了为什么当前对象还能存活，对分析内存泄露很有帮助，这个查询只能针对单个对象使用。其下有很多选项，在查询到GC root的路径时，是包含所有引用，还是排除一些类型的引用(如软引用、弱引用、虚引用)，从GC角度说，一个对象无法被GC，一定是因为有强引用存在，其它引用类型在GC需要的情况下都是可以被GC掉的，所以可以使用 exclude all phantom/weak/soft etc. references 只查看GC路径上的强引用

• Histogram：直方图，可以列出内存中的对象，对象的个数以及大小。
  
  该视图以Class类的维度展示每个Class类的实例存在的个数、 占用的 [Shallow内存] 和 [Retained内存] 大小，可以分别排序显示。

从Histogram视图可以看出，哪个Class类的对象实例数量比较多，以及占用的内存比较大，Shallow Heap与Retained Heap的区别会在后面的概念介绍中说明。

不过，多数情况下，在Histogram视图看到实例对象数量比较多的类都是一些基础类型，如char[]、String、byte[]，所以仅从这些是无法判断出具体导致内存泄露的类或者方法的，可以使用 List objects或 Merge Shortest Paths to GC roots 等功能继续钻取数据。如果Histogram视图展示的数量多的实例对象不是基础类型，是有嫌疑的某个类，如项目代码中的bean类型，那么就要重点关注了。

• Dominator Tree：支配树，可以列出那个线程，以及线程下面的那些对象占用的空间。
  
  该视图以实例对象的维度展示当前堆内存中Retained Heap占用最大的对象，以及依赖这些对象存活的对象的树状结构
  视图中展示了实例对象名、Shallow Heap大小、Retained Heap大小、以及当前对象的Retained Heap在整个堆中的占比
  Dominator Tree支配树可以很方便的找出占用Retained Heap内存最多的几个对象，并表示出某些objects的是因为哪些objects的原因而存活，在之后的 Dominator Tree概念 部分会对支配树做更详细的说明和举例
• Top consumers：通过图形列出最大的object
  
  可以通过按包名查看区分占用，根据包我们知道哪些公共用的到jar或自己的包占用
• Thread Overview
  
  在Thread Overview视图可以看到：线程对象/线程栈信息、线程名、Shallow Heap、Retained Heap、类加载器、是否Daemon线程等信息
  在分析内存Dump的MAT中还可以看到线程栈信息，这本身就是一个强大的功能，类似于jstack命令的效果
  而且还能结合内存Dump分析，看到线程栈帧中的本地变量，在左下方的对象属性区域还能看到本地变量的属性，真的很方便
• Leak Suspects通过MA自动分析泄漏的原因
  
  Leak Suspects 是MAT帮我们分析的可能有内存泄露嫌疑的地方，可以体现出哪些对象被保持在内存中，以及为什么它们没有被垃圾回收。MAT工具分析了heap dump后在界面上非常直观的展示了一个饼图，该图深色区域被怀疑有内存泄漏，
  接下来是一个简短的描述，告诉我们哪些线程占用了大量内存，并且明确指出system class loader加载的实例有内存聚集，并建议用关键字对应进行检查。在下面还有一个“Details”链接，可以查看明细信息。

（1）Details的最开始是Description描述，和前一个页面对内存泄露嫌疑点的描述一致，下面有一些与怀疑的内存泄露点关联的查询结果展示，是分析报告中认为可能会存在问题，协助我们深入分析问题根源的。
（2）Shortest Paths To the Accumulation Point：当前对象的 Path to GC roots，即到GC roots的路径。作用是可以分析是由于和哪个GC root相连导致当前Retained Heap占用相当大的对象无法被回收。
（3）Accumulated Objects in Dominator Tree：以对象的维度展示了以当前对象为根的 Dominator Tree支配树，可以方便的看出受当前对象“支配”的对象中哪个占用Retained Heap比较大。
（4）Accumulated Objects by Class in Dominator Tree：展示了以当前对象为根的Dominator Tree支配树，并以Class类分组。
（5）Thread Detail：Detail明细的最后由于当前怀疑泄露点为main Thread线程对象，故展示了线程明细信息，调用栈信息，对分析内存溢出的发生位置很有帮忙