深入JVM内核原理-9.Java堆分析

1.概要

• 内存溢出（OOM）的原因
• MAT使用基础
  • 浅堆（Shallow Heap）与深堆（Retained Heap）
  • 显示入引用（incoming）和出引用（outgoing）
  • 支配树
• 使用Visual VM分析堆
• Tomcat OOM分析案例

2.内存溢出（OOM）的原因

• 在JVM中，有哪些内存区间
  • 堆
  • 永久区
  • 线程栈
  • 直接内存
• 堆溢出

  public static void main(String[] args) {
      ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
      for (int i = 0; i < 1024*10; i++) {
          list.add(new byte[1024*1024]);
      }
  }
  
  Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at GC.Test3.main(Test3.java:12)
  

  • 解决方法：增大堆空间，及时释放内存
• 永久区
  • -XX:MetaspaceSize=1m -XX:MaxMetaspaceSize=1m -XX:+PrintGCDetails

  public class Test3 {
     public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            CglibBean bean = new CglibBean("geym.jvm.ch3.perm.bean"+i,new HashMap());
        }
    }
  }
  
  class CglibBean {
    /**
     * 实体Object
     */
    public Object object = null;
  
  
    /**
     * 属性map
     */
    public BeanMap beanMap = null;
  
  
    public CglibBean() {
        super();
    }
  
  
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public CglibBean(String name, Map propertyMap) {
        this.object = generateBean(name, propertyMap);
        this.beanMap = BeanMap.create(this.object);
    }
  
  
    /**
     * 给bean属性赋值
     *
     * @param property 属性名
     * @param value    值
     */
    public void setValue(String property, Object value) {
        beanMap.put(property, value);
    }
  
  
    /**
     * 通过属性名得到属性值
     *
     * @param property 属性名
     * @return 值
     */
    public Object getValue(String property) {
        return beanMap.get(property);
    }
  
  
    /**
     * 得到该实体bean对象
     *
     * @return
     */
    public Object getObject() {
        return this.object;
    }
  
  
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private Object generateBean(String name, Map propertyMap) {
        BeanGenerator generator = new BeanGenerator();
        Set keySet = propertyMap.keySet();
        for (Iterator i = keySet.iterator(); i.hasNext(); ) {
            String key = name + (String) i.next();
            generator.addProperty(key, (Class) propertyMap.get(key));
        }
        return generator.create();
    }
  }
  
  Error occurred during initialization of VM
  OutOfMemoryError: Metaspace
  

  • 解决方法：增大永久区，允许Class回收
• Java栈溢出
  • 这里的栈溢出指，在创建线程的时候，需要为线程分配栈空间，这个栈空间是向操作系统请求的，如果操作系统无法给出足够的空间，就会抛出OOM

  设置堆空间 -Xmx1m -Xss1m

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            new Thread(new SleepThread(), "Thread" + i).start();
            System.out.println("Thread" + i + " created");
        }
    }
  
    public static class SleepThread implements Runnable{
  
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(100000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
  
  Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at GC.Test3.main(Test3.java:11)
  

  • 解决方法：减少堆内存，减少线程栈大小
• 直接内存溢出
  • ByteBuffer.allocateDirect()无法从操作系统获得足够的空间

  -Xmx1m -XX:+PrintGCDetails

  for (int i = 0; i < 1024; i++) {
       ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*10);
       System.out.println(i);
       System.gc();
  }
  
    [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1024K->488K(1536K)] 1024K->624K(5632K), 0.0035865 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1393K->504K(1536K)] 1529K->724K(5632K), 0.0007902 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
    [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 504K->0K(1536K)] [ParOldGen: 220K->654K(4096K)] 724K->654K(5632K), [Metaspace: 3408K->3408K(1056768K)], 0.0077157 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] 
    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
        at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:694)
        at java.nio.DirectByteBuffer.<init>(DirectByteBuffer.java:123)
        at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311)
        at GC.Test3.main(Test3.java:12)
    Heap
     PSYoungGen      total 1536K, used 133K [0x00000000ffe00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 1024K, 13% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe214d8,0x00000000fff00000)
      from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
      to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
     ParOldGen       total 4096K, used 654K [0x00000000ffa00000, 0x00000000ffe00000, 0x00000000ffe00000)
      object space 4096K, 15% used [0x00000000ffa00000,0x00000000ffaa39a0,0x00000000ffe00000)
     Metaspace       used 3497K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 384K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
  

  • 解决方法：减少堆内存，有意触发GC

3.MAT使用基础

• 简介
  • Memory Analyzer（MAT）
  • 基于Eclipse的软件
  • http://www.eclipse.org/mat/
• 浅堆
  • 一个对象结构所占用的内存大小
  • 3个int类型以及一个引用类型合计占用内存3*4 + 4=16个字节。再加上对象头的8个对象占用的空间，即浅堆的大小是16+8=24字节
  • 对象大小按照8字节对齐
  • 浅堆大小和对象的内容无关，只和对象的结构有关
• 深堆
  • 一个对象被GC回收后，可以真实释放的内存大小
  • 只能通过对象访问到的（直接或间接）所有对象的浅堆之和（支配树）

4.使用Visual VM分析堆

• java自带的多功能分析工具，可以用来分析堆Dump

5.Tomcat OOM分析案例

• Tomcat OOM
  • Tomcat在接受大量请求时发生OOM，获取堆Dump文件，进行分析。
• 使用MAT打开堆
• 分析目的：
  • 找出OOM的原因
  • 推测系统OOM时的状态
  • 给出解决这个OOM的方法
• 解决方法：
  • OOM由于保存session过多引起，可以考虑增加堆大小
  • 如果应用允许，缩短session的过期时间，使得session可以及时过期，并回收