JVM 内存泄露分析（史上最全）

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架构师-尼恩

1981人浏览 · 2021-02-08 16:31:27

架构师-尼恩 · 2021-02-08 16:31:27 发布

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JVM性能优化面试题

JVM内存区域常见问题

Java 中会存在内存泄漏吗，简述一下？

Java 内存分配？

Java 堆的结构是什么样子的？

什么是堆中的永久代（Perm Gen space）?

简述各个版本内存区域的变化？

说说各个区域的作用？

JVM的执行子系统常见问题

Java 类加载过程？

描述一下 JVM 加载 Class 文件的原理机制?什么是类加载器？

类加载器有哪些？

类加载器双亲委派模型机制？

垃圾回收常见问题

什么是GC?

为什么要有 GC？

简述一下Java 垃圾回收机制？

如何判断一个对象是否存活？

垃圾回收的优点和原理，并考虑 2 种回收机制？

垃圾回收器的基本原理是什么？

垃圾回收器可以马上回收内存吗？

有什么办法主动通知虚拟机进行垃圾回收？

深拷贝和浅拷贝？

System.gc() 和 Runtime.gc() 会做些什么？

如果对象的引用被置为 null，垃圾收集器是否会立即释放对象占用的内存？

什么是分布式垃圾回收（DGC）？

它是如何工作的？

串行（serial）收集器和吞吐量（throughput）收集器的区别是什么？

在 Java 中，对象什么时候可以被垃圾回收？简述Minor GC 和 Major GC？JVM 的永久代中会发生垃圾回收么？Java 中垃圾收集的方法有哪些？

性能优化常见问题

讲讲你理解的性能评价及测试指标？

常用的性能优化方式有哪些？

什么是GC调优？

JVM调优工具

Jconsole，jProfile，VisualVM

Jconsole : jdk自带，功能简单，但是可以在系统有一定负荷的情况下使用。对垃圾回收算法有很详细的跟踪。详细说明参考这里

JProfiler：商业软件，需要付费。功能强大。详细说明参考这里

VisualVM：JDK自带，功能强大，与JProfiler类似。推荐。

JVisualVM初探

VisualVM 是Netbeans的profile子项目，已在JDK6.0 update 7 中自带(java启动时不需要特定参数，监控工具在bin/jvisualvm.exe)，能够监控线程，内存情况，查看方法的CPU时间和内存中的对象，已被GC的对象，反向查看分配的堆栈(如100个String对象分别由哪几个对象分配出来的)。

在JDK_HOME/bin(默认是C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_13\bin)目录下面，有一个jvisualvm.exe文件，双击打开，从UI上来看，这个软件是基于NetBeans开发的了。

可以进行远程和本地监控。远程监控需要打开jmx，下面内容会提到。

其默认页面为：

左侧分为本地和远程。双击本地中VisualVM线程，可以看到如下监控内容：

具体的介绍参看：

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-visualvm/

VisualVM可以根据需要安装不同的插件，每个插件的关注点都不同，有的主要监控GC，有的主要监控内存，有的监控线程等。
在这里插入图片描述
如何安装：

1、从主菜单中选择“工具”>“插件”。2、在“可用插件”标签中，选中该插件的“安装”复选框。单击“安装”。3、逐步完成插件安装程序。

我这里以 Eclipse(pid 22296)为例，双击后直接展开，主界面展示了系统和jvm两大块内容，点击右下方jvm参数和系统属性可以参考详细的参数信息.
在这里插入图片描述
因为VisualVM的插件太多，我这里主要介绍三个我主要使用几个：监控、线程、Visual GC
监控的主页其实也就是，cpu、内存、类、线程的图表

线程和jconsole功能没有太大的区别

Visual GC 是常常使用的一个功能，可以明显的看到年轻代、老年代的内存变化，以及gc频率、gc的时间等。
在这里插入图片描述
以上的功能其实jconsole几乎也有，VisualVM更全面更直观一些，另外VisualVM非常多的其它功能，可以分析dump的内存快照，
dump出来的线程快照并且进行分析等，还有其它很多的插件大家可以去探索

实战

准备模拟内存泄漏demo

1、定义静态变量HashMap

2、分段循环创建对象，并加入HashMap

代码如下：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class CyclicDependencies {
    //声明缓存对象
    private static final Map map = new HashMap();
    public static void main(String args[]){
        try {
            Thread.sleep(10000);//给打开visualvm时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //循环添加对象到缓存
        for(int i=0; i<1000000;i++){
            TestMemory t = new TestMemory();
            map.put("key"+i,t);
        }
        System.out.println("first");
        //为dump出堆提供时间
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        for(int i=0; i<1000000;i++){
            TestMemory t = new TestMemory();
            map.put("key"+i,t);
        }
        System.out.println("second");
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        for(int i=0; i<3000000;i++){
            TestMemory t = new TestMemory();
            map.put("key"+i,t);
        }
        System.out.println("third");
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        for(int i=0; i<4000000;i++){
            TestMemory t = new TestMemory();
            map.put("key"+i,t);
        }
        System.out.println("forth");
        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("qqqq");
    }
}

3、配置jvm参数如下：

         -Xms512m
         -Xmx512m
         -XX:-UseGCOverheadLimit
         -XX:MaxPermSize=50m

4、运行程序并打开visualvm监控

JVisualVM 远程监控 Tomcat

1、修改远程tomcat的catalina.sh配置文件，在其中增加：

JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS
Djava.rmi.server.hostname=192.168.122.128
Dcom.sun.management.jmxremote.port=18999
Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false
Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false"

这次配置先不走权限校验。只是打开jmx端口。

2、打开jvisualvm，右键远程，选择添加远程主机：
在这里插入图片描述

3、输入主机的名称，直接写ip，如下：
在这里插入图片描述
右键新建的主机，选择添加JMX连接，输入在tomcat中配置的端口即可。

4、双击打开。完毕！

使用JVisualVM分析内存泄漏

1、查看Visual GC标签，内容如下，这是输出first的截图
在这里插入图片描述
这是输出forth的截图：

通过2张图对比发现：

老生代一直在gc，当程序继续运行可以发现老生代gc还在继续：

增加到了7次，但是老生代的内存并没有减少。说明存在无法被回收的对象，可能是内存泄漏了。
如何分析是那个对象泄漏了呢？打开抽样器标签：点击后如下图：
在这里插入图片描述
按照程序输出进行堆dump，当输出second时，dump一次，当输出forth时dump一次。
进入最后dump出来的堆标签，点击类：

点击右上角：“与另一个堆存储对比”。如图选择第一次导出的dump内容比较：

比较结果如下：
在这里插入图片描述
可以看出在两次间隔时间内TestMemory对象实例一直在增加并且多了，说明该对象引用的方法可能存在内存泄漏。
如何查看对象引用关系呢？
右键选择类TestMemory，选择“在实例视图中显示”，如下所示：

左侧是创建的实例总数，右侧上部为该实例的结构，下面为引用说明，从图中可以看出在类CyclicDependencies里面被引用了，并且被HashMap引用。

如此可以确定泄漏的位置，进而根据实际情况进行分析解决。

如何进行JVM调优

观察内存释放情况、集合类检查、对象树

上面这些调优工具都提供了强大的功能，但是总的来说一般分为以下几类功能

堆信息查看

可查看堆空间大小分配（年轻代、年老代、持久代分配）

提供即时的垃圾回收功能

垃圾监控（长时间监控回收情况）

查看堆内类、对象信息查看：数量、类型等

对象引用情况查看

有了堆信息查看方面的功能，我们一般可以顺利解决以下问题：

–年老代年轻代大小划分是否合理

–内存泄漏

–垃圾回收算法设置是否合理

线程监控

线程信息监控：系统线程数量。

线程状态监控：各个线程都处在什么样的状态下

Dump线程详细信息：查看线程内部运行情况

死锁检查

热点分析

CPU热点：检查系统哪些方法占用的大量CPU时间

内存热点：检查哪些对象在系统中数量最大（一定时间内存活对象和销毁对象一起统计）

这两个东西对于系统优化很有帮助。我们可以根据找到的热点，有针对性的进行系统的瓶颈查找和进行系统优化，而不是漫无目的的进行所有代码的优化。

快照

快照是系统运行到某一时刻的一个定格。在我们进行调优的时候，不可能用眼睛去跟踪所有系统变化，依赖快照功能，我们就可以进行系统两个不同运行时刻，对象（或类、线程等）的不同，以便快速找到问题

举例说，我要检查系统进行垃圾回收以后，是否还有该收回的对象被遗漏下来的了。那么，我可以在进行垃圾回收前后，分别进行一次堆情况的快照，然后对比两次快照的对象情况。

内存泄漏检查

内存泄漏是比较常见的问题，而且解决方法也比较通用，这里可以重点说一下，而线程、热点方面的问题则是具体问题具体分析了。

内存泄漏一般可以理解为系统资源（各方面的资源，堆、栈、线程等）在错误使用的情况下，导致使用完毕的资源无法回收（或没有回收），从而导致新的资源分配请求无法完成，引起系统错误。

内存泄漏对系统危害比较大，因为他可以直接导致系统的崩溃。

需要区别一下，内存泄漏和系统超负荷两者是有区别的，虽然可能导致的最终结果是一样的。内存泄漏是用完的资源没有回收引起错误，而系统超负荷则是系统确实没有那么多资源可以分配了（其他的资源都在使用）。

年老代堆空间被占满

异常： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

说明：

这是最典型的内存泄漏方式，简单说就是所有堆空间都被无法回收的垃圾对象占满，虚拟机无法再在分配新空间。

如上图所示，这是非常典型的内存泄漏的垃圾回收情况图。所有峰值部分都是一次垃圾回收点，所有谷底部分表示是一次垃圾回收后剩余的内存。连接所有谷底的点，可以发现一条由底到高的线，这说明，随时间的推移，系统的堆空间被不断占满，最终会占满整个堆空间。因此可以初步认为系统内部可能有内存泄漏。（上面的图仅供示例，在实际情况下收集数据的时间需要更长，比如几个小时或者几天）

解决：

这种方式解决起来也比较容易，一般就是根据垃圾回收前后情况对比，同时根据对象引用情况（常见的集合对象引用）分析，基本都可以找到泄漏点。

持久代被占满

**异常：**java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

说明：

Perm空间被占满。无法为新的class分配存储空间而引发的异常。这个异常以前是没有的，但是在Java反射大量使用的今天这个异常比较常见了。主要原因就是大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

更可怕的是，不同的classLoader即便使用了相同的类，但是都会对其进行加载，相当于同一个东西，如果有N个classLoader那么他将会被加载N次。因此，某些情况下，这个问题基本视为无解。当然，存在大量classLoader和大量反射类的情况其实也不多。

解决：

-XX:MaxPermSize=16m
换用JDK。比如JRocket。

堆栈溢出

**异常：**java.lang.StackOverflowError

**说明：**这个就不多说了，一般就是递归没返回，或者循环调用造成

线程堆栈满

异常：Fatal: Stack size too small

说明：java中一个线程的空间大小是有限制的。JDK5.0以后这个值是1M。与这个线程相关的数据将会保存在其中。但是当线程空间满了以后，将会出现上面异常。

解决：增加线程栈大小。-Xss2m。但这个配置无法解决根本问题，还要看代码部分是否有造成泄漏的部分。

系统内存被占满

异常：java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

说明：

这个异常是由于操作系统没有足够的资源来产生这个线程造成的。系统创建线程时，除了要在Java堆中分配内存外，操作系统本身也需要分配资源来创建线程。因此，当线程数量大到一定程度以后，堆中或许还有空间，但是操作系统分配不出资源来了，就出现这个异常了。

分配给Java虚拟机的内存愈多，系统剩余的资源就越少，因此，当系统内存固定时，分配给Java虚拟机的内存越多，那么，系统总共能够产生的线程也就越少，两者成反比的关系。同时，可以通过修改-Xss来减少分配给单个线程的空间，也可以增加系统总共内生产的线程数。

解决：

重新设计系统减少线程数量。
线程数量不能减少的情况下，通过-Xss减小单个线程大小。以便能生产更多的线程。

jvm参数优化建议

本质上是减少GC的次数。

如果是频繁创建对象的应用，可以适当增加新生代大小。常量较多可以增加持久代大小。对于单例较多的对象可以增加老生代大小。比如spring应用中。

GC选择，在JDK5.0以后，JVM会根据当前系统配置进行判断。一般执行-Server命令便可以。gc包括三种策略：串行，并行，并发。

吞吐量大大应用，一般采用并行收集，开启多个线程，加快gc的是否。

响应速度高的应用，一般采用并发收集，比如应用服务器。

年老代建议配置为并发收集器，由于并发收集器不会压缩和整理磁盘碎片，因此建议配置：

-XX:+UseConcMarkSweepGC #并发收集年老代

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 # 表示年老代空间到80%时就开始执行CMS

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection # 打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除内存碎片。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=10 # 由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此参数设置运行次FullGC以后对内存空间进行压缩、整理。

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