虽然Java虚拟机可以帮我们对内存进行回收，但是其回收的是Java虚拟机不再引用的对象。很多时候我们使用系统的IO流、Cursor、Receiver如果不及时释放，就会导致内存泄漏（OOM）。但是，很多时候内存泄漏的现象不是很明显，比如内部类、Handler相关的使用导致的内存泄漏，或者你使用了第三方library的一些引用，比较消耗资源，但又不是像系统资源那样会引起你足够的注意去手动释放它们。以下通过内存泄漏分析、集合使用率、Hash性能分析和OQL快读定位空集合来使用MAT。

GC Roots

JAVA虚拟机通过可达性（Reachability)来判断对象是否存活，基本思想：以”GC Roots”的对象作为起始点向下搜索，搜索形成的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（即不可达的），则该对象被判定为可以被回收的对象，反之不能被回收。GC Roots可以是以下任意对象

  • 一个在current thread（当前线程）的call stack（调用栈）上的对象（如方法参数和局部变量）
  • 线程自身或者system class loader（系统类加载器）加载的类
  • native code（本地代码）保留的活动对象

内存泄漏

当对象无用了，但仍然可达（未释放），垃圾回收器无法回收。

Java四种引用类型

  • Strong References（强引用）

    普通的java引用，我们通常new的对象就是：StringBuffer buffer = new StringBuffer(); 如果一个对象通过一串强引用链可达，那么它就不会被垃圾回收。你肯定不希望自己正在使用的引用被垃圾回收器回收吧。但对于集合中的对象，应在不使用的时候移除掉，否则会占用更多的内存，导致内存泄漏。

  • Soft Reference（软引用）

    当对象是Soft Reference可达时，gc会向系统申请更多内存，而不是直接回收它，当内存不足的时候才回收它。因此Soft Reference适合用于构建一些缓存系统，比如图片缓存。

  • Weak Reference（弱引用）

    WeakReference不会强制对象保存在内存中。它拥有比较短暂的生命周期，允许你使用垃圾回收器的能力去权衡一个对象的可达性。在垃圾回收器扫描它所管辖的内存区域过程中，一旦gc发现对象是Weak Reference可达，就会把它放到 Reference Queue 中，等下次gc时回收它。

    系统为我们提供了WeakHashMap，和HashMap类似，只是其key使用了weak reference。如果WeakHashMap的某个key被垃圾回收器回收，那么entity也会自动被remove。由于WeakReference被GC回收的可能性较大，因此，在使用它之前，你需要通过weakObj.get()去判断目的对象引用是否已经被回收。一旦WeakReference.get()返回null，它指向的对象就会被垃圾回收，那么WeakReference对象就没有用了，意味着你应该进行一些清理。比如在WeakHashMap中要把回收过的key从Map中删除掉，避免无用的的weakReference不断增长。

    ReferenceQueue可以让你很容易地跟踪dead references。WeakReference类的构造函数有一个ReferenceQueue参数，当指向的对象被垃圾回收时，会把WeakReference对象放到ReferenceQueue中。这样，遍历ReferenceQueue可以得到所有回收过的WeakReference。

  • Phantom Reference（虚引用）

    其余Soft/Weak Reference区别较大是它的get()方法总是返回null。这意味着你只能用Phantom Reference本身，而得不到它指向的对象。当Weak Reference指向的对象变得弱可达(weakly reachable）时会立即被放到ReferenceQueue中，这在finalization、garbage collection之前发生。理论上，你可以在finalize()方法中使对象“复活”（使一个强引用指向它就行了，gc不会回收它）。但没法复活PhantomReference指向的对象。而PhantomReference是在garbage collection之后被放到ReferenceQueue中的，没法复活。

MAT视图与概念

  • Shallow Heap

    Shallow Size就是对象本身占用内存的大小，不包含其引用的对象内存，实际分析中作用不大。 常规对象（非数组）的Shallow Size由其成员变量的数量和类型决定。数组的Shallow Size有数组元素的类型（对象类型、基本类型）和数组长度决定。案例如下：

public class String {
    public final class String {8 Bytes header
    private char value[]; 4 Bytes
    private int offset; 4 Bytes
    private int count; 4 Bytes
    private int hash = 0; 4 Bytes
	// ......
}
// "Shallow size“ of a String ==24 Bytes12345678

Java的对象成员都是些引用。真正的内存都在堆上，看起来是一堆原生的byte[]、char[]、int[]，对象本身的内存都很小。所以我们可以看到以Shallow Heap进行排序的Histogram图中，排在第一位第二位的是byte和char。

  • Retained Heap

    Retained Heap值的计算方式是将Retained Set中的所有对象大小叠加。或者说，由于X被释放，导致其它所有被释放对象（包括被递归释放的）所占的Heap大小。当X被回收时哪些将被GC回收的对象集合。比如:

    一个ArrayList持有100000个对象，每一个占用16 bytes，移除这些ArrayList可以释放16×100000+X，X代表ArrayList的Shallow大小。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（因为如果该对象释放，Retained Heap都可以被释放）。

  • Histogram

    可列出每一个类的实例数。支持正则表达式查找，也可以计算出该类所有对象的Retained Size。

image.png

  • Dominator Tree

    对象之间dominator关系树。如果从GC Root到达Y的的所有path都经过X，那么我们称X dominates Y，或者X是Y的Dominator Dominator Tree由系统中复杂的对象图计算而来。从MAT的dominator tree中可以看到占用内存最大的对象以及每个对象的dominator。 我们也可以右键选择Immediate Dominator”来查看某个对象的dominator。

image.png

  • Path to GC Roots

    ​ 查看一个对象到RC Roots的引用链通常在排查内存泄漏的时候，我们会选择exclude all phantom/weak/soft etc.references, 意思是查看排除虚引用/弱引用/软引用等的引用链，因为被虚引用/弱引用/软引用的对象可以直接被GC给回收，我们要看的就是某个对象否还存在Strong 引用链（在导出HeapDump之前要手动出发GC来保证），如果有，则说明存在内存泄漏，然后再去排查具体引用。

image.png

查看当前Object所有引用,被引用的对象：

  • List objects with （以Dominator Tree的方式查看）

    • incoming references 引用到该对象的对象
    • outcoming references 被该对象引用的对象

  • Show objects by class （以class的方式查看）

    • incoming references 引用到该对象的对象
    • outcoming references 被该对象引用的对象

  • OQL(Object Query Language)

类似SQL查询语言：Classes：Table、Objects：Rows、Fileds：Cols

select * from com.example.mat.Listener
# 查找size＝0并且未使用过的ArrayList
select * from java.util.ArrayList where size=0 and modCount=01
# 查找所有的Activity 
select * from instanceof android.app.Activity

MAT内存分析实战

  • 实战一：内存泄漏分析

    查找导致内存泄漏的类。既然环境已经搭好，heap dump也成功倒入，接下来就去分析问题。

    • 查找目标类 如果在开发过程中，你的目标很明确，比如就是查找自己负责的服务，那么通过包名或者Class筛选，OQL搜索都可以快速定位到。点击OQL图标，在窗口输入，并按Ctrl + F5或者!按钮执行：

      select * from instanceof android.app.Activity

    • Paths to GC Roots：exclude all phantom/weak/soft etc.references

      查看一个对象到RC Roots是否存在引用链。要将虚引用/弱引用/软引用等排除，因为被虚引用/弱引用/软引用的对象可以直接被GC给回收

    • 分析具体的引用为何没有被释放，并进行修复

小技巧：

  • 当目的不明确时，可以直接定位到RetainedHeap最大的Object，Select incoming references，查看引用链，定位到可疑的对象然后Path to GC Roots进行引用链分析
  • 如果大对象筛选看不出区别，可以试试按照class分组，再寻找可疑对象进行GC引用链分析
  • 直接按照包名直接查看GC引用链，可以一次性筛选多个类，但是如下图所示，选项是 Merge Shortest Path to GCRoots，这个选项具体不是很明白，不过也能筛选出存在GC引用链的类，这种方式的准确性还待验证

image.png

所以有时候进行MAT分析还是需要一些经验，能够帮你更快更准确的定位。

  • 实战二：集合使用率分析

    集合在开发中会经常使用到，如何选择合适的数据结构的集合，初始容量是多少（太小，可能导致频繁扩容），太大，又会开销跟多内存。当这些问题不是很明确时或者想查看集合的使用情况时，可以通过MAT来进行分析。

    • 筛选目标对象

image.png

  • Show Retained Set（查找当X被回收时那些将被GC回收的对象集合）

image.png

  • 筛选指定的Object（Hash Map，ArrayList）并按照大小进行分组

image.png

  • 查看指定类的Immediate dominators

image.png

Collections fill ratio

这种方式只能查看那些具有预分配内存能力的集合，比如HashMap，ArrayList。计算方式：”size / capacity”

image.png

image.png

  • 实战三：Hash相关性能分析

    当Hash集合中过多的对象返回相同Hash值的时候，会严重影响性能（Hash算法原理自行搜索），这里来查找导致Hash集合的碰撞率较高的罪魁祸首。

    • Map Collision Ratio

      检测每一个HashMap或者HashTable实例并按照碰撞率排序：碰撞率 = 碰撞的实体/Hash表中所有实体

image.png

  • 查看Immediate dominators image.png image.png

  • 通过HashEntries查看key value

image.png

  • Array等其它集合分析方法类似

  • 实战四：通过OQL快速定位未使用的集合

    • 通过OQL查询empty并且未修改过的集合：

      select * from java.util.ArrayList where size=0 and modCount=01
select * from java.util.HashMap where size=0 and modCount=0
select * from java.util.Hashtable where count=0 and modCount=012

image.png

  • Immediate dominators(查看引用者)

image.png

  • 计算空集合的Retained Size值，查看浪费了多少内存

image.png