前言
基本概念
GC Cause
要分析 GC 的问题，先要读懂 GC Cause，即 JVM 什么样的条件下选择进行 GC 操作，具体 Cause 的分类可以看一下 Hotspot 源码：src/share/vm/gc/shared/gcCause.hpp 和 src/share/vm/gc/shared/gcCause.cpp 中。
const char* GCCause::to_string(GCCause::Cause cause) {
switch (cause) {
case _java_lang_system_gc:
return "System.gc()";
case _full_gc_alot:
return "FullGCAlot";
case _scavenge_alot:
return "ScavengeAlot";
case _allocation_profiler:
return "Allocation Profiler";
重点需要关注的几个GC Cause：
- System.gc()：手动触发GC操作。
- CMS：CMS GC 在执行过程中的一些动作，重点关注 CMS Initial Mark 和 CMS Final Remark 两个 STW 阶段。
- Promotion Failure：Old 区没有足够的空间分配给 Young 区晋升的对象（即使总可用内存足够大）。
- Concurrent Mode Failure：CMS GC 运行期间，Old 区预留的空间不足以分配给新的对象，此时收集器会发生退化，严重影响 GC 性能
- GCLocker Initiated GC：如果线程执行在 JNI 临界区时，刚好需要进行 GC，此时 GC Locker 将会阻止 GC 的发生，同时阻止其他线程进入 JNI 临界区，直到最后一个线程退出临界区时触发一次 GC。
如下图就是使用 gceasy 绘制的图表：
heap dump
Heap Dump中主要包含当生成快照时堆中的java对象和类的信息，主要分为如下几类：
- 对象信息：类名、属性、基础类型和引用类型
- 类信息：类加载器、类名称、超类、静态属性
- gc roots：JVM中的一个定义，进行垃圾收集时，要遍历可达对象的起点节点的集合
- 线程栈和局部变量：快照生成时候的线程调用栈，和每个栈上的局部变量 Heap Dump中没有包含对象的分配信息，因此它不能用来分析这种问题：一个对象什么时候被创建、一个对象时被谁创建的。
Shallow vs. Retained Heap
Shallow heap是一个对象本身占用的堆内存大小。一个对象中，每个引用占用8或64位，Integer占用4字节，Long占用8字节等等。
Retained set，对于某个对象X来说，它的Retained set指的是——如果X被垃圾收集器回收了，那么这个集合中的对象都会被回收，同理，如果X没有被垃圾收集器回收，那么这个集合中的对象都不会被回收。
Retained heap，对象X的Retained heap指的时候它的Retained set中的所有对象的Shallow si的和，换句话说，Retained heap指的是对象X的保留内存大小，即由于它的存活导致多大的内存也没有被回收。因为对于某个类的所有实例计算总的retained heap非常慢，因此mat中使用者需要手动触发计算。
leading set，对象X可能不止有一个，这些对象统一构成了leading set。如果leading set中的对象都不可达，那么这个leading set对应的retained set中的对象就会被回收。一般有以下几种情况：
- 某个类的所有实例对象，这个类对象就是leading object
- 某个类记载器加载的所有类，以及这些类的实例对象，这个类加载器对象就是leading object
- 一组对象，要达到其他对象的必经路径上的对象，就是leading object
在下面这张图中，A和B是gc roots中的节点（方法参数、局部变量，或者调用了wait()、notify()或synchronized()的对象）等等。可以看出，E的存在，会导致G无法被回收，因此E的Retained set是E和G；C的存在，会导致E、D、F、G、H都无法被回收，因此C的Retined set是C、E、D、F、G、H；A和B的存在，会导致C、E、D、F、G、H都无法被回收，因此A和B的Retained set是A、B、C、E、D、F、G、H。
Dominator Tree
MAT根据堆上的对象引用关系构建了支配树（Dominator Tree），通过支配树可以很方便得识别出哪些对象占用了大量的内存，并可以看到它们之间的依赖关系。
如果在对象图中，从gc root或者x上游的一个节点开始遍历，x是y的必经节点，那么就可以说x支配了y（dominate）。
如果在对象图中，x支配的所有对象中，y的距离最近，那么就可以说x直接支配（immediate dominate）y。
支配树是基于对象的引用关系图建立的，在支配树中每个节点都是它的子节点的直接支配节点。基于支配树可以很清楚得看到对象之间的依赖关系。
现在看个例子，在下面这张图中
- x节点的子树就是所有被x支配的节点集合，也正式x的retained set；
- 如果x是y的直接支配节点，那么x的支配节点也可以支配y
- 支配树中的边跟对象引用图中的引用关系并不是一一对应的。
生成dump 文件
java程序性能分析之thread dump和heap dump
jmap -dump:live,format=b,file=heap.dmp <pid>
dump文件分析工具
jhat
jhat -port 5000 dump文件在浏览器中，通过http://localhost:5000/进行访问 页面底部点击 Show heap histogram
使用 VisualVM 进行性能分析及调优
可以将jvm日志导出来，有专门的线下、线上工具帮你分析日志，生成图表。也可以配置tomcat等打开jmx端口，jvisualvm 连接远程 ip 和 jmx 端口也可进行分析。
mat
- overview中的饼图：该饼图用于展示retained size最大的对象
- 常用的分析动作：类直方图、支配树、按照类和包路径获取消耗资源最多的对象、重名类。
- 报告相关：Leak Suspects用于查找内存泄漏问题，以及系统概览
- Components Report：这个功能是一组功能的集合，用于分析某一类性的类的实例的问题，例如分析java.util.*开头的类的实例对象的一些使用情况，例如：重复字符串、空集合、集合的使用率、软引用的统计、finalizer的统计、Map集合的碰撞率等等。
- inspector窗口的下半部分是展示类的静态属性和值、对象的实例属性和值、对象所属的类的继承结构。
fullgc 排查实战
当小白遇到FullGC 很经典的一个例子。
某个对象数量太多
概览中的饼图：该饼图用于展示retained size最大的对象。可以看到最大的就是 SyncService 对象
SyncService
abtestManagerMap
table
[1]
value
featureMatcher
cache // guava cache
从SyncService 看下去，占空间最大的是 abTestMangerMap，然后不停的向下，直到一个guava cache 对象，由几个segments 组成（就像ConcurrentHashMap是分段一样)，每个segment 有table ，table 有array 可以观察其数量非常大。
yonnggc 太多进而导致 fullgc太多
-
使用VisualVM 可以确认字符串是最多的。发现一个奇怪的现象：“计算保留大小”之后，这些String的保留大小都是0。使用VisualVM 显示最近的垃圾回收根节点，发现都找不到。
- 使用MAT 寻找内存较大的对象。但意外发现size 只有4xxM。
- MAT的主要目标是排查内存占用量，所以默认大小是不计算不可达对象的。在”Preferences=>Memory Analyzer”中勾选”Keep Unreachable Objects”，关闭mat，删除索引文件Dump同路径下的所有”.index”文件，启动mat，即可看到所有的对象。
- overview 发现size 有1GB
- 保留大小是什么呢？它是分析工具从GC roots开始查找，找到的所有不会回收的对象，然后按照引用关系，计算出这个“对象以及它引用的对象”的内存大小。结合以上现象：这些大String是临时对象，没有什么对象持有它——通过分析这些String的依赖关系也说明了这一点。这些对象是可以被回收的，换句话说，并不是有明显的内存泄露。只是对象大 + 写入太快 导致了频繁的younggc，younggc 忙不过来年轻代满了 新的String 就进入老年代，然后引发fullgc。
- 这些字符串是什么呢？
-
点击Histogram，即可看到类的占用。在类上选择”List Objects”，即可看到所有对象。
retained heap 从高到低排列
- 在对象上选择”Copy=>Value to File”，即可保存到文件。查看文件内容 是一个对象json 后的内容
- 在代码中有大量的
log.debug(JSON.toJSONString(obj));，obj 在一些场景下会很大。而虽然日志级别是info，debug 日志不会打印。但按照log.debug的实现，是先执行JSON.toJSONString(obj)，然后判断debug 日志无需输出，因此还是会频繁的执行JSON.toJSONString(obj) - 解决这个问题参见 log4j学习
mat 线程视图
heap dump和MAT不仅仅用于排查内存相关的问题，也有助于排查线程相关的问题。
通过上图中的那个按钮，可以查看线程视图，线程视图首先给出了在生成快照那个时刻，JVM中的Java线程对象列表。
在线程视图这个表中，可以看到以下几个信息：线程对象的名字、线程名、线程对象占用的堆内存大小、线程对象的保留堆内存大小、线程的上下文加载器、是否为守护线程。
选中某个线程对象展开，可以看到线程的调用栈和每个栈的局部变量，通过查看线程的调用栈和局部变量的内存大小，可以找到在哪个调用栈里分配了大量的内存。
jstack thread dump
java程序性能分析之thread dump和heap dump
thread dump文件主要保存的是java应用中各线程在某一时刻的运行的位置，即执行到哪一个类的哪一个方法哪一个行上。thread dump是一个文本文件，打开后可以看到每一个线程的执行栈，以stacktrace的方式显示。通过对thread dump的分析可以得到应用是否“卡”在某一点上，即在某一点运行的时间太长，如数据库查询，长期得不到响应，最终导致系统崩溃。单个的thread dump文件一般来说是没有什么用处的，因为它只是记录了某一个绝对时间点的情况。比较有用的是，线程在一个时间段内的执行情况。
两个thread dump文件在分析时特别有效，困为它可以看出在先后两个时间点上，线程执行的位置，如果发现先后两组数据中同一线程都执行在同一位置，则说明此处可能有问题，因为程序运行是极快的，如果两次均在某一点上，说明这一点的耗时是很大的。通过对这两个文件进行分析，查出原因，进而解决问题。
jstack 2576 > thread.txt
Java内存泄漏分析系列之四：jstack生成的Thread Dump日志线程状态 是一个系列，建议结合java线程的状态转换图 一起看。一个thread dump文件部分示例如下：
"resin-22129" daemon prio=10 tid=0x00007fbe5c34e000 nid=0x4cb1 waiting on condition [0x00007fbe4ff7c000]
java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:315)
at com.caucho.env.thread2.ResinThread2.park(ResinThread2.java:196)
at com.caucho.env.thread2.ResinThread2.runTasks(ResinThread2.java:147)
at com.caucho.env.thread2.ResinThread2.run(ResinThread2.java:118)