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前言

如果你從事Java開發(fā)多年，還沒用過JVM分析工具，還沒嘗試著通過對(duì)JVM的dump日志來進(jìn)行故障定位和性能調(diào)優(yōu)，那么可以說是你職場(chǎng)生涯中的一大遺憾，也是一種能力的缺失。

這篇文章就基于一款JDK自帶的工具(VisualVM)，然后編寫內(nèi)存溢出的案例，帶大家體驗(yàn)一下JVM分析的入門。文中涉及到多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的融合與實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)分享，讀者可留意一下。

VisualVM簡(jiǎn)介

VisualVM是Netbeans的profile子項(xiàng)目，在JDK6.0 update 7 中自帶，能夠監(jiān)控線程，內(nèi)存情況，查看方法的CPU時(shí)間和內(nèi)存中的對(duì)象，已被GC的對(duì)象，反向查看分配的堆棧(如100個(gè)String對(duì)象分別由哪幾個(gè)對(duì)象分配出來的)。

如果已經(jīng)正確配置classpath路徑，VisualVM的啟動(dòng)非常簡(jiǎn)單，只需在命令行輸入jvisualvm即可啟動(dòng)圖形化界面。VisualVM不僅支持本機(jī)監(jiān)控，還支持遠(yuǎn)程監(jiān)控。

遠(yuǎn)程監(jiān)控配置稍微復(fù)雜一些，這里以本地監(jiān)控為示例進(jìn)行演示。至于生產(chǎn)環(huán)境，可選擇遠(yuǎn)程監(jiān)控，也可配合jmap先生成dump文件，然后下載dump文件進(jìn)行分析。

VisualVM功能界面

啟動(dòng)VisualVM之后，先來看一下有助于JVM分析的幾項(xiàng)功能。這里先以本地啟動(dòng)的Idea為例來進(jìn)行展示。

概述

進(jìn)入VisualVM之后，點(diǎn)擊左邊的對(duì)應(yīng)進(jìn)程，首先展示的是【概述】?jī)?nèi)容：

概述中顯示了JVM、Java版本、dump批次等信息，在實(shí)戰(zhàn)中這里的信息可用來進(jìn)行信息核對(duì)。特別是JVM參數(shù)和系統(tǒng)屬性項(xiàng)的核對(duì)。

曾遇到一個(gè)場(chǎng)景，就是通過啟動(dòng)Java程序時(shí)JVM參數(shù)的位置寫錯(cuò)了，導(dǎo)致JVM參數(shù)并不生效。

比如如下指令，由于JVM的參數(shù)寫在了最后，會(huì)導(dǎo)致參數(shù)設(shè)置無(wú)效。

java -jar app.jar -Xms256m -Xmx512m 

而正確的寫法應(yīng)該是如下：

java -Xms256m -Xmx512m  -jar app.jar 

上面這種情況，通過該工具可以輕易的看出JVM參數(shù)項(xiàng)里面并沒有指定的參數(shù)值。

監(jiān)視

監(jiān)視界面是用的比較多的一個(gè)界面，通過該界面可以查看CPU使用情況、堆和Metaspace的使用情況、線程的使用情況、類的加載情況等。

通過對(duì)堆和Metaspace的使用情況分析，可以看到對(duì)應(yīng)內(nèi)存空間的使用和增長(zhǎng)情況，可進(jìn)行合理調(diào)整和規(guī)劃。

點(diǎn)擊右上角的“堆 dump”，會(huì)基于點(diǎn)擊的時(shí)間節(jié)點(diǎn)生成dump文件。

概要部分會(huì)顯示生成dump文件的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)路徑。我們用來分析內(nèi)存主要是在此頁(yè)面中的“類”菜單內(nèi)。

進(jìn)入可查看在堆中不同實(shí)例占用的內(nèi)存大小。雙擊類名，即可進(jìn)入查看“實(shí)例數(shù)”，也就是具體類的實(shí)例詳情。

而我們?cè)趦?nèi)存分析時(shí)最重要的其實(shí)就是“類”的數(shù)量。在了解了上述的基本操作之后，我們就用一個(gè)實(shí)例來模擬分析一下內(nèi)存溢出的場(chǎng)景吧。

內(nèi)存溢出場(chǎng)景構(gòu)建

先寫一段代碼，用來模擬內(nèi)存溢出，也就是創(chuàng)建一個(gè)Map，然后向其中不斷的新增對(duì)象。同時(shí)在程序處理的過程中讓線程睡眠或死循環(huán)來方便通過VisualVM進(jìn)行查看。

測(cè)試代碼如下：

public class MemoryLeakTest { 
 
    /** 
     * 聲明緩存對(duì)象 
     */ 
    private static final Map<String, TestMemory> CACHE_MAP = new HashMap<>(); 
 
    public static void main(String[] args) { 
        try { 
            //給打開visualVm時(shí)間 
            Thread.sleep(10000); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        //循環(huán)添加對(duì)象到緩存 
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) { 
            TestMemory t = new TestMemory(); 
            CACHE_MAP.put("key" + i, t); 
        } 
        System.out.println("-------1------"); 
        //為dump出堆提供時(shí)間 
        try { 
            //給打開visualVm時(shí)間 
            Thread.sleep(10000); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
        for(int i=0; i<1000000;i++){ 
            TestMemory t = new TestMemory(); 
            CACHE_MAP.put("key"+i,t); 
        } 
    } 
} 

TestMemory類代表生成中的業(yè)務(wù)類。

public class TestMemory { 
} 

為了讓程序更快的達(dá)到內(nèi)存的閾值，我們啟動(dòng)時(shí)可限制JVM的大小，這里設(shè)置為：

-Xms128m -Xmx128m 

另外，為了分析堆的內(nèi)存結(jié)構(gòu)中每個(gè)區(qū)域(新生代、老年代)的內(nèi)存使用情況，可在VisualVM的“工具”、“插件”中安裝Visual GC插件。該插件的使用后續(xù)會(huì)看到效果。

一切準(zhǔn)備妥當(dāng)，下面來進(jìn)行驗(yàn)證。

內(nèi)存溢出分析

下面我們就來啟動(dòng)程序，啟動(dòng)VisualVM來進(jìn)行內(nèi)存溢出的分析。

當(dāng)程序執(zhí)行的過程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)“堆”內(nèi)存會(huì)出現(xiàn)一個(gè)快速增加的曲線。

這個(gè)過程中Metaspace也在隨之增長(zhǎng)。

打開Visual GC界面，我們會(huì)看到面試中被問過很多遍的堆內(nèi)存結(jié)構(gòu)：

通過這張圖，可以直觀的看到堆內(nèi)存中的老年代、新生代、Metaspace空間(JDK8)，還有新生代中的Eden、S0(Survivor From)、S1(Survivor To)，而且它們的分配比例也有一個(gè)比較直觀的展示。通過這種形式，是不是可以更直觀的學(xué)習(xí)堆內(nèi)存結(jié)構(gòu)呢?

這里Eden已經(jīng)被填滿、S0和S1為空，老年代也幾乎被填滿(因?yàn)槔占療o(wú)法清除持有引用的對(duì)象)。

最重要的是你會(huì)發(fā)現(xiàn)針對(duì)老年代在20分鐘內(nèi)進(jìn)行了3850次垃圾回收。也就是說已經(jīng)觸發(fā)了頻繁的Full GC操作，而且內(nèi)存并沒有被釋放掉。在生產(chǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)你看到系統(tǒng)在頻繁的進(jìn)行Full GC操作，那是JVM在釋放一個(gè)很恐怖的信號(hào)了。

上面說了一些表象的內(nèi)容，現(xiàn)在真正開進(jìn)行內(nèi)存分析了。回到上面提到的“監(jiān)視”、“堆dump”、“類”中，可以看到下圖：

可以看到，堆中存在著100萬(wàn)個(gè)TestMemory對(duì)象。當(dāng)你看到堆中有類似的大量的對(duì)象存在，你應(yīng)該意識(shí)到此處可能有內(nèi)存泄露。也就是大量的對(duì)象被創(chuàng)建，而沒有被“順利”回收。我們這里沒被回收的原因是對(duì)象被放在了靜態(tài)變量里面了。

上面已經(jīng)提到，你還可以進(jìn)一步雙擊對(duì)象名稱，去查看對(duì)象的詳細(xì)信息。

通過上面步驟，基本上可以定位到哪些對(duì)象的處理出現(xiàn)了問題，此時(shí)再回到代碼中針對(duì)相應(yīng)的代碼進(jìn)行排查，便可快速定位內(nèi)存溢出的問題所在。其中我們需要特別留意上述過程中VisualVM為我們提供的那些報(bào)警信號(hào)和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

小結(jié)

本文我們是在講VisualVM的使用，也是在講線上JVM的排查，也是在講JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，還是在講如何去構(gòu)造一個(gè)內(nèi)存溢出(bug)的場(chǎng)景。但講什么并不重要，關(guān)鍵是看，通過這篇文章，你重溫了什么，學(xué)到了什么，又收獲了什么。