MAT-Memory Analyzer Tool

简介

MAT(Memory Analyzer Tool)，一个基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的JAVA heap分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗。使用内存分析工具从众多的对象中进行分析，快速的计算出在内存中对象的占用大小，看看是谁阻止了垃圾收集器的回收工作，并可以通过报表直观的查看到可能造成这种结果的对象。

除了Eclipse插件版，MAT也有独立的不依赖Eclipse的版本，只不过这个版本在调试Android内存的时候，需要将DDMS生成的文件进行转换，才可以在独立版本的MAT上打开。因为DDMS生成的是Android格式的HPROF（堆转储）文件，而MAT只能识别JAVA格式的HPROF文件。不过Android SDK中已经提供了这个Tools，所以使用起来也是很方便的。

要调试内存，首先需要获取HPROF文件,HPROF文件存储的是特定时间点，java进程的内存快照。有不同的格式来存储这些数据，总的来说包含了快照被触发时java对象和类在heap中的情况。由于快照只是一瞬间的事情，所以heap dump中无法包含一个对象在何时、何地（哪个方法中）被分配这样的信息。

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MAT涉及的词汇介绍

要看懂MAT的列表信息，Shallow heap、Retained Heap、GC Root这几个概念一定要弄懂。

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。

• 常规对象（非数组）的Shallow size有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。

因为不像c++的对象本身可以存放大量内存，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[]，所以我们如果只看对象本身的内存，那么数量都很小。所以我们看到柱状图是以Shallow size进行排序的，排在第一位第二位的一般是byte，char 。

Retained Set

持有对象集合：
Retained Set是指当一个对象被GC时，会因为对象的释放而同时被GC掉的所有对象的集合；或者说是对象本身和对象所引用对象的集合；

Retained Heap

Retained Heap则表示一个对象的Retained Set中所有对象的Shallow Size的总和。换句话说，Retained Heap就表示如果一个对象被释放掉，那会因此而被释放的总的heap大小。于是，如果一个对象的某个成员new了一大块int数组，那这个int数组也可以计算到这个对象中。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）。

这里要说一下的是，Retained Heap并不总是那么有效。例如我在A里new了一块内存，赋值给A的一个成员变量。此时我让B也指向这块内存。此时，因为A和B都引用到这块内存，所以A释放时，该内存不会被释放。所以这块内存不会被计算到A或者B的Retained Heap中。为了纠正这点，MAT中的Leading Object（例如A或者B）不一定只是一个对象，也可以是多个对象（Leading Set）。此时，(A, B)这个组合的Retained Set就包含那块大内存了。

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很显然，从上面的对象引用图计算Retained Memory并不那么直观高效。比如A和B的Retained Memory只有它们自身，而E的Retained Memory则是E和G，G的Retained Memory也只是它自身。为了更直观的计算Retained Memory，MAT引入了Dominator（统治者） Tree的概念。

Dominator（统治者） Tree

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在Dominator Tree中，有下面一些非正式的定义：

• 在对象图中，若每一条从开始节点（或根节点）到节点y的路径都必须经过节点x，那么节点x就dominates节点y。
• 在Dominator Tree中，每一个节点都是其子节点的直接Dominator（统治者）。

Dominator Tree还有以下重要属性：

• x的sub-tree就代表了x的retained set。
• 如果x是y的直接dominator，那么x的直接dominator同样dominates y，以此类推。
• Dominator Tree的边缘并不直接对应于对象引用树中的引用关系。比如在引用图中，C是A和B的子节点，而在Dominator Tree中，三者却是平级的。

对应到MAT UI上，在dominator tree这个view中，显示了每个对象的shallow heap和retained heap。而点击右键，可以List objects中选择with outgoing references和with incoming references。这是个真正的引用图的概念，

• outgoing references ：表示该对象的出节点（被该对象引用的对象）。
• incoming references ：表示该对象的入节点（引用到该对象的对象）。

GC ROOTS

首先要说一下GC的原则：

垃圾回收器会尝试回收所有非GC roots的对象。所以如果你创建一个对象，并且移除了这个对象的所有指向，它就会被回收掉。但是如果你将一个对象设置成GC roots，那它就不会被回收掉。

那么GC又如何判断某个对象是否可以被回收呢？

安卓的垃圾回收是通过可达性分析来搞定的，也就是说，从GC Roots 到这个对象不可达时，垃圾回收器就会释放掉它。

一个GC root就是一个对象，这个对象从堆外可以访问读取。以下一些方法可以使一个对象成为GC root：

• System class：被Bootstrap或者system class loader加载的类，比如位于rt.jar里的所有类（如java.util.*）；
• JNI local：native代码里的local变量，比如用户定义的JNI代码和JVM的内部代码；
• JNI global：native代码里的global变量，比如用户定义的JNI代码和JVM的内部代码；
• Thread block：当前活跃的线程block中引用的对象；
• Thread：已经启动并且没有stop的线程；
• busy monitor：调用了wait()或者notify()或者被同步的对象，比如调用了synchronized(Object) 或使用了synchronized方法。静态方法指的是类，非静态方法指的是对象；
• java local：local变量，比如仍然存在于线程栈中的方法的入参和方法内创建的对象；
• native stack：native代码里的出入参数，比如file/net/IO方法以及反射的参数；
• finalizable：在一个队列里等待它的finalizer 运行的对象；
• unfinalized：一个有finalize方法的对象，还没有被finalize，同时也没有进入finalizer队列等待finalize；
• unreachable：被MAT标记为root，并且无法通过任何其他root到达的对象，这个root的作用是retain那些不这么做就无法包含在分析中的objects；
• java stack frame：一个持有本地变量的java栈帧。只有在dump被解析且在preferences里设置把栈帧当做对象对待时才会产生；
• unknown：未知root类型的对象。

Java的引用级别

从最强到最弱，不同的引用（可到达性）级别反映了对象的生命周期。

• 强引用Strong Reference：通过 new 关键字创建出来的对象引用都是强引用，只有去掉强引用，对象才会被回收。请记住，JVM宁可抛出OOM也不会去回收一个有强引用的对象。

• 软引用Soft Reference：只要有足够的内存，就一直保持对象，直到发现一次GC后内存仍然不够，系统会在将要发生OOM之前针对此类对象进行二次回收。如果此次回收还没有足够的内存，才会抛出OOM。一般可用来实现缓存，通过java.lang.ref.SoftReference类实现。

• 弱引用Weak Reference ：比Soft Ref更弱，被弱引用关联的对象只能生存到下一次GC发生之前。在GC执行时，无论当前内存是否足够，都会立刻回收只被弱引用关联的对象。通过java.lang.ref.WeakReference和java.util.WeakHashMap类实现。

• 虚引用Phantom Reference：也成为幽灵引用或幻影引用。虚引用完全不会影响对象的生存时间，你只能使用Phantom Ref本身，而无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被GC时收到一个系统通知。一般用于在进入finalize()方法后进行特殊的清理过程，通过 java.lang.ref.PhantomReference实现。