android 如何分析应用的内存（十七）——使用MAT查看Android堆

android 如何分析应用的内存（十七）——使用MAT查看Android堆

前一篇文章，介绍了使用Android profiler中的memory profiler来查看Android的堆情况。
如Android 堆中有哪些对象，这些对象的引用情况是什么样子的。

可是我们依然面临一个比较严峻的挑战：不管是app开发者，还是内存分析者而言，堆中的对象，非常之多，不仅有Android 原生的类，还有第三方库使用的类。这些类在使用过程中，也可能因为有较大的shallow size 或者retained size而混淆内存的分析。

为了解决这样的问题，我们更希望，通过不同时间点的堆，进行差分比较。即在时刻t1生成的堆heap1和t2时刻生成的堆heap2进行相互比较。

为此，我们将介绍java开发中重要的内存分析工具MAT。

MAT使用前的准备

在上一篇文章中，我们使用AS捕获了堆，现在我们需要将其导出，用在MAT工具上。如下图：
在这里插入图片描述

接下来将Android保存的heap dump进行格式转换，以满足MAT的需求。转换格式的工具在Android SDK中。如下:

/Users/biaowan/Library/Android/sdk/platform-tools/hprof-conv ./mat/memory-test_malloc_int\[\].hprof mat_test1.hprof

在这里插入图片描述

MAT的使用

打开MAT之后，进入菜单栏->File->Open File。然后选择刚才转换之后的mat_test.hprof文件。如下图
在这里插入图片描述

可见，主界面显示一个overview的界面，该界面用英文详细表述了具体细节，不在赘述。下面解释上图的八个标记。

  • 标记1:打开overview 界面。即上面的主界面。

  • 标记2:打开当前堆中的对象分布情况，默认按照类名进行排序。右键可以进行相应操作，各个操作什么意思，已经标明。如下图
    在这里插入图片描述

  • 标记3:显示本heap中的所有dominator tree(注意：dominator tree，已经在上一篇文章中介绍：android 如何分析应用的内存（十六）——使用AS查看Android堆:http://t.csdn.cn/GTWpR). 而各个对象应该怎么查看其对应的dominator tree。见标记2对应的右键说明。

  • 标记4:Open Object Qurey Language,类似于使用SQL语句进行查询。因为MAT提供的菜单功能已经完全够Android使用，因此本文不再介绍

  • 标记5:展示线程的名字，堆栈，本地变量等。但是Android 没有提供这个功能，因此无法使用

  • 标记6:打印各种报告，如下图标记
    在这里插入图片描述

  • 标记7:即为标记2中，右键支持的各种操作，详见标记2

  • 标记8:搜索按钮，可以按照地址进行搜索

为了能够详细说明，如何操作MAT，下文将会以各种问题作为模板，详细介绍操作过程

问题1:如何查看某个类有哪些对象

  1. 点击标记1，打开所有类的列表。
  2. 在第一行，键入需要查找的类，或者按照不同的大小进行排序和过滤
  3. 选中类，然后点击右键，选择List Objects.然后按照需求列出各个对象
    在这里插入图片描述

问题2:如何查看某个对象到GC root的引用链

  1. 选中某个对象，右键选中Paths to GC root
  2. 再次选中exclude all xxx references
    在这里插入图片描述

可见整个引用链清晰明了，不在绘图说明

问题3:如何查看对象的Dominator tree(支配树)

  1. 选中对象，右键选择Java Basics
  2. 再次选中Open in Dominator tree
  3. 在弹出的框中，选择finish。默认以对象排序
    在这里插入图片描述

从图中可以看到TaskRunable对象直接支配两个对象，一个int数组，一个弱引用

问题4:如何查看一个对象的直接支配者

  1. 选中对象，然后右键，选择immediate dominator
  2. 在弹出框中，选择finish
    在这里插入图片描述

可以看到我们选中的TaskRunable对象的直接支配者是一个Task对象

问题5:如何查看类加载器，是否重复加载同一个类

  1. 点击标记1，打开overview界面
  2. 滚动界面到最底下
  3. 选择Duplicate classes
    在这里插入图片描述

问题6:如何查看堆中，最占内存的部分

  1. 点击标记1，打开overview界面
  2. 滚动至最底下
  3. 选择Top cosumer
    在这里插入图片描述

从图中可以看到，分别按照对象，类，类加载器，包名列出了最占内存的部分

问题7:如何查看堆的报告

  1. 点击标记6.选择Heap dump overview
  2. 在对报告中，点击table of content 查看内容表（该字段，在报告的底部）
    在这里插入图片描述

从中也可以直接查看最占内存的对象

问题8:如何进行泄露检查

  1. 点击标记6，选择Leak Suspect
    在这里插入图片描述

从图中可以看到，有三个怀疑的对象，往下滚动，可以看到三个怀疑对象的详细细节，如下
在这里插入图片描述

图中，简要说明了Task类，有2100个实例，占了29.51%的内容。点击details它会显示相应的引用链路径。可清晰看到GC root的整个引用链。

多个Heap进行差分分析，查找内存问题

为了一步步演练，如何使用多个heap进行差分分析，我们选择上一篇文章方案2中的例子：android 如何分析应用的内存（十六）——使用AS查看Android堆：http://t.csdn.cn/JYGFC。然后在同一个进程的两个不同时刻，分别选取不同的heap,分别叫as_heap1.hprof和as_heap2.hprof.

场景1：MAT 自动分析两个堆之间的内存泄露

  1. 按照上文提及的hprof-conv工具，将as_heap1.hprof,as_heap2.hprof分别转换为mat_heap1.hprof,mat_heap2.hprof。然后用mat工具将其打开。

  2. 打开第二个heap的overvie操作栏，即标记1。滚动到最底部

  3. 选择Leak suspects by Snapshot comparision.

  4. 在弹出的框中，选择mat_heap1.hprof。然后点击finish。让mat_heap2.hprof与mat_heap1.hprof做差分分析，然后给出一个报告，如下(需要等待一段时间)
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

从图中可以看到，怀疑com.example.test_malloc.Task对象泄露，它有4900个对象，占整个堆的49.26%。点击details可以看到这个引用链，如下图
在这里插入图片描述

从图中可以看到，Task被DeviceManager的listener所持有，导致GC无法回收。所以找到了内存泄露点。

场景2：无法自动分析时，手动分析

当两个heap堆，间隔时间较短，泄露的对象，占据整个堆的空间较小，此时mat无法进行自动分析。此时我们可以手动分析。

接下来，我们用时间间隔较小的两个堆，分别叫mat_heap3.hprof和mat_heap4.hprof

注意：mat_heap3.hprof和mat_heap4.hprof是用AS 重新抓取的时间间隔较近的两个堆

  1. 用mat打开mat_heap3.hprof,和mat_heap4.hprof

  2. 按照问题6，输出消耗内存最大的部分。下面是mat_heap3.hprof的报告。
    在这里插入图片描述

从中，我们看到，占据内存最大的首要对象是int数组。接下来我们手动分析两个堆中的int数组之间的差距——即mat_heap4.hprof比mat_heap3.hprof多了哪几个int数组

  1. 点击mat_heap3.hprof的统计信息，即标记2.然后选中int[]。右键列出所有的对象。如下图
    在这里插入图片描述

  2. 点击操作历史记录栏，右键list_objects… 然后点击add to compare basket。如下图
    在这里插入图片描述

  3. 因为我们需要比较两个heap堆的int[]情况，因此选中mat_heap4.hprof之后，按照步骤3，4做同样操作。将会在compare basket窗口两个需要比较的对象。然后点击感叹号，开始比较即可。如下：
    在这里插入图片描述

对测试结果，进行简单排序，shallow_heap #1 升序排列。即可展示heap3中没有而heap4中具有的对象。这也是从抓取heap3时刻，到抓取heap4时刻之间，堆中多出来的int数组对象。为前排的10个对象。

按照前文的问题2即可查看其引用链，从而分析被谁持有，为何没有被释放掉。

在第2步中，输出的top comsumer除了int数组以外，还有其他的对象，因此按照步骤3，4，5即可进行两个堆的比较。我们已经以int[]为例子，做了详细说明，就不再一一比较。

除了使用top comsumer辅助定位需要比较的对象以外，还可以对任何怀疑的对象进行比较。步骤完全相同。

至此，MAT的使用介绍完毕。

MAT弥补了AS在内存分析上的如下不足：

  • 无法自定义Retained Set(这对于大型应用很有用)
  • 无法进行地址查找
  • 无法进行堆之间的比较
  • 无法按照需要进行排序
  • 无法按照需要进行过滤等

虽然MAT已经足够强大，但是依然还有一个内存问题，悬而未决——怎么才能知道这些内存泄露是由哪一个线程触发，它们又有怎样的调用栈？

在多线程编程中，对象的泄露，即可能是对象之间的引用不合理，也可能是线程之间的逻辑不合理，如生产线程和消费线程不够合理等等。MAT无法解决Android线程所带来的内存泄露。

接下里，请期待如何用工具找到这种多线程带来的内存泄露。

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