Java HeapDump 生成解析

堆转储是诊断在Java虚拟机中与内存相关的问题的重要文件，例如内存泄漏、应用请求缓慢，垃圾回收问题以及各种各样的java.lang.OutOfMemoryError异常。堆转储文件也是优化、分析内存消耗的重要工具。

Heap Dump 是 Java进程所使用的内存情况在某一时间的一次快照。以文件的形式持久化到磁盘中。Heap Dump的格式有很多种，而且不同的格式包含的信息也可能不一样。但总的来说，Heap Dump一般都包含了一个堆中的Java Objects, Class等基本信息。同时，当你在执行一个转储操作时，往往会触发一次GC，所以你转储得到的文件里包含的信息通常是有效的内容。

具体地，Heap Dump文件包含的信息主要包含以下：

1、所有的对象信息 ：对象的类信息、字段信息、原生值(int, long等)及引用值

2、所有的类信息 ：类加载器、类名、超类及静态字段

3、垃圾回收的根对象 ：根对象是指那些可以直接被虚拟机触及的对象

4、线程栈及局部变量 ：转储时刻的线程调用栈信息和栈帧中的局部变量信息

其实，针对HeapDump文件分析有很不错的工具，例如Eclipse MAT和Heap Hero，可以分析堆转储。但是，使用此类工具需要提供正确的格式和正确的时间点所捕获的堆转储。

本文主要基于在Java程序问题存在性能问题，需要进行堆内存分析时进行捕获堆转储时，可借助的工具的介绍。

1、jmap

jmap打印堆转储到指定的文件位置。 该工具打包在JDK中。 可以在\ bin文件夹中找到它，具体语法：

jmap -dump：格式= b，文件= <文件路径> <pid>
pid：Java进程ID，应捕获其堆转储
file-path：堆转储将写入的文件路径。

[administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ] % jmap -dump:live,format=b,file=/data/logs/heap.hprof <pid>

备注：传递“实时”选项非常重要。如果传递了此选项，则仅将内存中的活动对象写入堆转储文件。如果未通过此选项，则所有对象，即使是准备进行垃圾回收的对象，都将打印在堆转储文件中。它将大大增加堆转储文件的大小。这也将使分析变得乏味。要解决内存问题或优化内存，仅“ live”选项就足够了。

2、HeapDumpOnOutOfMemoryError

当应用程序遇到java.lang.OutOfMemoryError时，最好立即捕获堆转储以诊断问题，因为此刻想知道java.lang.OutOfMemoryError发生时内存中有哪些对象以及它们占内存的百分比。然而，由于各种原因，大多数情况下，IT运营或研发团队会忘记捕获堆转储。不仅如此，他们往往会重新启动应用程序以恢复业务。如果不及时捕获堆转储，很难诊断出任何内存问题。

此参数选项配置非常简单。在应用程序启动脚步录入“ -XX：+ HeapDumpOnOutOfMemoryError”系统属性时，JVM会在JVM遇到OutOfMemoryError时立即捕获堆转储。具体用法示例：

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:+HeapDumpBeforeFullGC -XX:+HeapDumpAfterFullGC -XX:HeapDumpPath=/data/logs/

备注：JVM 生成 Heap Dump 的时候，虚拟机是暂停一切服务的。如果是线上系统执行 Heap Dump 时需要注意。

3、jcmd

在JDK 1.7之后，新增了一个命令行工具jcmd。它是一个多功能工具，可以用来导出堆，查看Java进程，导出线程信息，执行GC等。 该工具打包在JDK中。 可以在\ bin文件夹中找到它，具体语法：

jcmd <pid> GC.heap_dump <file-path>
where
pid: is the Java Process Id, whose heap dump should be captured
file-path: is the file path where heap dump will be written in to.

 [administrator@JavaLangOutOfMemory ~ ] % jcmd <pid> GC.heap_dump /data/logs/heapdump.bin

4、JVisualVM

JVisualVM是一个监视，故障排除工具，打包在JDK中。 启动此工具时，您可以看到本地计算机上正在运行的所有Java进程。 您也可以使用此工具连接到在远程计算机上运行的Java进程。

5、JMX

基于HotSpot虚拟机的诊断管理组件com.sun.management:type=HotSpotDiagnostic MBean。此MBean具有“ dumpHeap”操作。调用此操作将捕获堆转储。“ dumpHeap”操作采用两个输入参数：

outputFile：应将堆转储写入的文件路径

live：传递“ true”时，仅捕获堆中的活动对象

可以使用JMX客户端（例如JConsole，jmxsh，Java Mission Control）来调用此MBean操作。

6、程序处理

除了使用工具之外，还可以以代码嵌入方式从应用程序中捕获堆转储。在某些情况下，我们可能希望基于应用程序中的某些事件来捕获堆转储。 部分代码可参考如下：

import javax.management.MBeanServer;
import java.lang.management.ManagementFactory;
import com.sun.management.HotSpotDiagnosticMXBean;
public class HeapDumper {
    // This is the name of the HotSpot Diagnostic MBean
    private static final String HOTSPOT_BEAN_NAME =
         "com.sun.management:type=HotSpotDiagnostic";
    // field to store the hotspot diagnostic MBean 
    private static volatile HotSpotDiagnosticMXBean hotspotMBean;
    /\*\*
     \* Call this method from your application whenever you 
     \* want to dump the heap snapshot into a file.
     \*
     \* @param fileName name of the heap dump file
     \* @param live flag that tells whether to dump
     \*             only the live objects
     \*/
    static void dumpHeap(String fileName, boolean live) {
        // initialize hotspot diagnostic MBean
        initHotspotMBean();
        try {
            hotspotMBean.dumpHeap(fileName, live);
        } catch (RuntimeException re) {
            throw re;
        } catch (Exception exp) {
            throw new RuntimeException(exp);
        }
    }
    // initialize the hotspot diagnostic MBean field
    private static void initHotspotMBean() {
        if (hotspotMBean == null) {
            synchronized (HeapDumper.class) {
                if (hotspotMBean == null) {
                    hotspotMBean = getHotspotMBean();
                }
            }
        }
    }
    // get the hotspot diagnostic MBean from the
    // platform MBean server
    private static HotSpotDiagnosticMXBean getHotspotMBean() {
        try {
            MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
            HotSpotDiagnosticMXBean bean = 
                ManagementFactory.newPlatformMXBeanProxy(server,
                HOTSPOT_BEAN_NAME, HotSpotDiagnosticMXBean.class);
            return bean;
        } catch (RuntimeException re) {
            throw re;
        } catch (Exception exp) {
            throw new RuntimeException(exp);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        // default heap dump file name
        String fileName = "heap.bin";
        // by default dump only the live objects
        boolean live = true;
        // simple command line options
        switch (args.length) {
            case 2:
                live = args[1].equals("true");
            case 1:
                fileName = args[0];
        }
        // dump the heap
        dumpHeap(fileName, live);
    }
}

通过调用com.sun.management:type=HotSpotDiagnostic MBean JMX Bean，提供从应用程序捕获堆转储的源代码。

7、IBM管理控制台

如果应用程序在IBM Websphere Application Server上运行，则可以使用管理控制台来生成堆。具体步骤如下：

1、启动管理控制台

2、在导航窗格中，单击故障排除> Java转储和核心

3、选择要为其生成堆转储的server_name

4、单击“堆转储”以生成指定服务器的堆转储。

当然，我们还可以使用wsadmin生成堆转储。

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