Java Heap Dump（堆内存快照）

一、Heap Dump概述

常见扩展名：.hprof

生成方式

• 使用 jmap 工具：

  jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid>
  

• JVM 启动参数自动生成（如 OOM 时）：

  -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/path/to/heap.hprof
  

解析工具

1. Eclipse Memory Analyzer (MAT)

• 官网：https://www.eclipse.org/mat/
• 用法：
  1. 安装并打开 MAT。
  2. File > Open Heap Dump，选择 .hprof 文件。
  3. 自动分析内存泄漏嫌疑对象、对象引用链等。

2. VisualVM

• 官网：https://visualvm.github.io/
• 用法：
  1. 启动 VisualVM。
  2. File > Load，选择 .hprof 文件。
  3. 查看类实例、对象大小分布、GC Roots 路径等。

3. 命令行工具

• jhat：

  jhat heap.hprof
  

  启动后可通过浏览器访问 http://localhost:7000 进行分析（但较老旧，不推荐）。

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总结

• Heap Dump：用于分析内存对象分布和泄漏，推荐用 MAT、VisualVM。
• Thread Dump：用于分析线程状态和死锁，推荐用 FastThread、jstack。
• 解析 dump 文件时，关注对象引用链、GC Roots、线程锁关系等关键信息。

http://tool111.com

二、Heap Dump 详解

1. Heap Dump 文件结构

Heap Dump（如 .hprof 文件）本质上是 JVM 内存堆的快照，记录了：

• 所有对象实例（包括类名、字段、引用关系、大小等）
• 类定义信息
• GC Roots
• 线程信息（有时包含）

hprof 文件内容主要包括：

• Header：文件头，标识为 hprof 格式
• Records：一系列记录（如 LOAD CLASS、HEAP DUMP SEGMENT、STRING等）

2. 解析过程原理

解析 heap dump 的工具（如 MAT、VisualVM）大致遵循以下步骤：

步骤一：读取并解析文件结构

• 解析 header，确定版本、字节序等
• 顺序读取各个记录，建立对象、类、字符串等的索引

步骤二：重建对象图

• 根据对象实例记录，重建堆中所有对象
• 解析对象字段，将对象间的引用关系（指针）还原为图结构

步骤三：分析引用链和 GC Roots

• 寻找 GC Roots（如静态变量、线程栈、JNI引用等）
• 从 GC Roots 出发遍历对象图，分析哪些对象可达
• 统计各个对象的大小、引用链，查找内存泄漏嫌疑对象（如大对象、长链条）

步骤四：生成报告

• 统计各类对象的数量和大小
• 展示对象之间的引用关系
• 标记泄漏嫌疑对象、分析内存分布

核心原理：
通过对象之间的引用关系，重建堆内存的对象图，并结合 GC Roots，分析对象生命周期和可达性。

三、HPROF文件结构

HPROF 文件结构总览

HPROF 文件主要由以下几部分组成：

1. Header（文件头）
2. Records（记录区）
   • 包含一系列类型不同的记录（如字符串、类加载、对象实例、堆快照等）

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Header（文件头）

HPROF 文件头内容如下：

• 格式标识：ASCII 字符串 "JAVA PROFILE 1.0.1"
• 换行符：\n
• ID Size（4字节）：指示后续所有 ID 字段（如对象ID、类ID等）的字节长度（通常为4或8字节）
• 高精度时间戳（8字节）：long 型，单位为毫秒

示例（16字节头部）：

JAVA PROFILE 1.0.1\n
[idSize: 4字节]
[timestamp: 8字节]

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Records（记录区）

HPROF 文件主体由一系列记录构成，每条记录结构如下：

字段	长度	说明
Tag	1字节	记录类型
Time	4字节	记录生成时间（相对文件头时间）
Length	4字节	记录内容长度
Body	Length字节	记录内容

主要 Tag 类型

Tag (16进制)	含义
0x01	STRING
0x02	LOAD CLASS
0x0A	STACK FRAME
0x0B	STACK TRACE
0x0C	ALLOC SITES
0x0F	HEAP DUMP
0x1C	HEAP DUMP SEGMENT
0x1D	HEAP DUMP END

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常见记录类型说明

1. STRING (Tag: 0x01)

记录字符串常量（如类名、字段名等）。

字段	长度	说明
String ID	idSize	字符串的唯一ID
UTF-8 字符	变长	字符串内容

2. LOAD CLASS (Tag: 0x02)

记录类的加载信息。

字段	长度	说明
Class Serial	4字节	类的序号
Class Object	idSize	类对象ID
Stack Trace	4字节	堆栈跟踪ID
Class Name	idSize	类名字符串ID

3. HEAP DUMP / HEAP DUMP SEGMENT (Tag: 0x0F/0x1C)

堆快照的主要内容，包含对象、类、数组等实例。

HEAP DUMP SEGMENT 结构：

由一系列子记录组成，每个子记录结构如下：

子Tag	说明
0xFF	ROOT UNKNOWN
0x01	ROOT JNI GLOBAL
0x21	CLASS DUMP
0x22	INSTANCE DUMP
0x23	OBJECT ARRAY DUMP
0x24	PRIMITIVE ARRAY DUMP
…	其他类型

重要子记录结构举例：

CLASS DUMP (0x21)

记录类定义，包括字段、方法等。

字段	长度	说明
Class ObjectID	idSize	类对象ID
Stack TraceID	4字节	堆栈跟踪ID
Super ClassID	idSize	父类对象ID
Class LoaderID	idSize	类加载器对象ID
Name StringID	idSize	类名字符串ID
Instance Size	4字节	实例大小
…	…	字段列表等

INSTANCE DUMP (0x22)

记录对象实例，包括字段值。

字段	长度	说明
ObjectID	idSize	对象ID
Stack TraceID	4字节	堆栈跟踪ID
Class ObjectID	idSize	类对象ID
Data Length	4字节	字段数据长度
Field Data	变长	字段值内容

OBJECT ARRAY DUMP (0x23)

对象数组实例。

字段	长度	说明
ArrayID	idSize	数组对象ID
Stack TraceID	4字节	堆栈跟踪ID
NumElements	4字节	元素数量
ArrayClassID	idSize	数组类型ID
ElementIDs	idSize*N	每个元素对象ID

PRIMITIVE ARRAY DUMP (0x24)

基本类型数组实例。

字段	长度	说明
ArrayID	idSize	数组对象ID
Stack TraceID	4字节	堆栈跟踪ID
NumElements	4字节	元素数量
ElementType	1字节	元素类型（如int、byte等）
Values	变长	元素值

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ID Size 与对象引用

• HPROF 文件中的所有对象、类、字符串等都用 ID 表示，长度由文件头的 idSize 指定（通常为 4 或 8 字节）。
• 这些 ID 用于在各个记录之间建立引用关系。

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扩展说明

• HPROF 格式在不同 JVM 版本间可能略有差异，建议使用主流工具（MAT、VisualVM）解析。
• HPROF 也可以用于 CPU/线程分析，但现代 JVM 更推荐使用更高效的格式（如 JFR）。

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总结

HPROF 文件由头部和记录区组成，记录区通过不同的 Tag 标识不同类型的数据，如字符串、类定义、对象实例、数组等。解析 HPROF 文件时，需根据 Tag 和 idSize，逐条解析和关联各个对象与类的信息，最终重建 JVM 堆内存的快照结构。

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