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JVM之工具篇

article 2025/3/17 11:10:34

简介

这里总结了分析jvm问题时需要用到的工具

工具相关的知识点

为了避免知识点记录的太过分散，把它们集中记录在这里，这些都是使用jvm工具时需要知道的

堆转储文件

Heap Dump，是JVM运行时堆内存的快照，它记录了当前JVM中所有对象的状态和引用关系。堆转储文件通常用于分析内存泄漏、内存溢出等问题。堆转储文件只可以查看内存中有哪些对象，它无法展示这些对象是在代码中的什么位置生成的，这需要用户自己分析。

orcale系列的jvm生成的堆转储文件是hprof格式的。

分析堆转储文件，至少需要文件的1.5倍到2倍内存。

QQL

Object Query Language，对象查询语言，用于分析堆转储文件。可以帮助用户快速定位特定对象、查找大对象等

语法：

SELECT <expression>
FROM <class> <alias>
WHERE <condition>

案例：

查找String类的所有实例：SELECT s FROM java.lang.String s

压缩类空间

这个空间是元数据空间的一部分，本质上也是存储类的元数据，它和指针压缩有关。在64位的JVM上，如果堆内存小于32G，会默认开启指针压缩，把8字节的指针压缩为4字节。压缩类空间存储压缩后的类指针

jstat命令统计gc信息时，会统计到这个空间的内存。

java自带的工具

jps

列出目标系统上正在运行的jvm，包括进程ID和main方法所在类的名称

语法：jps [选项] [进程ID]

选项：
- -m：显示传递给main方法的实参
- -l：显示应用main方法所在类的包名或jar文件的路径名
- -v：显示传递给jvm的实参

案例：

执行命令：jps -l -m

返回结果：

35845 sun.tools.jps.Jps -l -m
35643 com.intellij.idea.Main

查看虚拟机运行情况的工具

jinfo 查看虚拟机参数

用于查看和动态修改虚拟机运行时配置的参数。

案例：jinfo -flags <pid>，查看虚拟机的运行时参数

jstat 查看虚拟机的统计信息

查看虚拟机的统计信息，这个命令是实验性的，并且必须要配合选项一起使用

语法：jstat 选项 pid [interval] [count]，选项是必选的，通过 jstat -options 查看有哪些可选的option

使用案例

案例1 查看选项

执行命令：jstat -options

结果：

-class
-compiler
-gc
-gccapacity
-gccause
-gcmetacapacity
-gcnew
-gcnewcapacity
-gcold
-gcoldcapacity
-gcutil
-printcompilation

可以看到，可以统计类信息、gc信息、编译信息等

案例2 查看类信息

执行命令：jstat -class ${pid}

结果：

Loaded  Bytes  Unloaded  Bytes     Time   
   534  1083.1        0     0.0       0.04

结果解析：-class选项可以统计JVM的类加载和卸载情况。

结果中的字段：

Loaded：被加载的类的数量
Bytes：被加载的类的字节数量
Unloaded：被卸载的类的数量
Bytes：被卸载的类的字节数量
Time：执行类的加载和卸载锁花费的时间

案例3 查看gc信息

执行命令：jstat -gc ${pid}

结果：

在这里插入图片描述

结果解析：统计gc相关的信息

结果中的字段：

S0C、S1C：幸存者空间的容量，单位是kb，就是分代垃圾回收中的from servivor、to servivor
S0U、S1U：幸存者空间的使用量
EC、EU：Eden区的容量、使用量
OC、OC：老年代的容量、使用量
MC、MU：元空间的容量、使用量
CCSC 和 CCSU：压缩类空间的容量、使用量
YGC 和 YGCT：年轻代垃圾回收次数为 0，总耗时为 0 秒。
FGC 和 FGCT：老年代垃圾回收次数为 0，总耗时为 0 秒。
GCT：垃圾回收的总耗时为 0 秒。

案例4 查看gc信息每隔3秒在屏幕上打印1次，1分钟后退出

执行命令：jstat -gc ${pid} 3s 20，每个3s打印一次gc信息，打印20次后退出

jstack 查看虚拟机的线程信息

查看虚拟机的线程信息

jstack 的主要功能：

生成线程快照：打印出指定 Java 进程中所有线程的堆栈信息，包括线程的名称、状态、调用栈和锁信息。
诊断死锁：通过分析线程的堆栈信息，可以发现线程间的死锁情况，因为死锁总是发生在两个或多个线程之间

语法：jstack [-l | -m | -F] pid

选项
- -l：长列表，打印关于锁的信息
- -m：打印java 和 c++的线程信息

使用案例

案例1 查看线程的执行信息

执行命令：jstack ${pid}

输出结果：
在这里插入图片描述

打印内容讲解：

"Attach Listener" #11 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x0000000123808800 nid=0x4207 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

以上面这段内容为例：

“Attach Listener”：线程名称
#11：表示这是 JVM 中的第 11 个线程
daemon：守护线程
prio=9 os_prio=31：优先级和操作系统优先级
tid：jvm级别的线程id
nid：操作系统级别的线程id
java.lang.Thread.State: RUNNABLE：RUNNABLE表示线程正在运行或准备好运行

jmap 查看堆内存

用于生成 Java 堆转储文件和查看JVM的内存使用情况。它通常用于诊断内存泄漏、内存溢出等问题

语法：jmap [options] pid，默认打印共享对象内存信息

选项：
- -heap：打印堆内存信息

使用案例

案例1 查看堆内存统计信息

执行命令：jmap -heap ${pid}

结果：

1、堆内存统计信息：
在这里插入图片描述

堆配置参数

MinHeapFreeRatio = 40：堆内存的最小空闲比例。当堆内存的空闲比例低于此值时，JVM 会尝试扩展堆内存。
MaxHeapFreeRatio = 70：堆内存的最大空闲比例。当堆内存的空闲比例高于此值时，JVM 会尝试收缩堆内存。
MaxHeapSize = 383778816 (366.0MB)：堆的最大大小（-Xmx 参数）。
NewSize = 8388608 (8.0MB)：新生代的初始大小（-Xmn 参数的一部分）。
MaxNewSize = 127926272 (122.0MB)：新生代的最大大小。
OldSize = 16777216 (16.0MB)：老年代的初始大小。
NewRatio = 2：新生代与老年代的比例（新生代：老年代 = 1:2）。
SurvivorRatio = 8：Eden 区与 Survivor 区的比例（Eden : Survivor = 8:1）。
MetaspaceSize = 21807104 (20.796875MB)：元空间的初始大小。
MaxMetaspaceSize = 1759218604032 (1610.0GB)：元空间的最大大小（默认值通常很大）。
G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB)：G1 垃圾回收器的区域大小。

2、堆内存使用情况

在这里插入图片描述

tenured generation是老年代，interned String是字符串常量池中的字符串数量

案例2 查看对象的统计信息

执行命令：jmap -histo <pid>

在这里插入图片描述

输出内容讲解：

class name字段中的值：[C 表示字符数组、[B 表示字节数组、[I 表示int数组，数组前面会有前缀 [，这是字节码指令中的知识点

这个命令可以帮助用户快速定位实例数量过多或占用内存过大的类

案例3 生成堆转储文件

执行命令：jmap -dump:format=b,file=文件名.hprof ${pid}，文件会生成到当前目录下，这是一个二进制文件，存储了堆的快照信息，需要使用专业工具查看

jcmd 向jvm发送命令

一个命令行工具，用于向正在运行的Java进程发送诊断命令。它提供了多种功能，包括生成堆转储、查看线程信息、触发垃圾回收等

使用案例

案例1 查看帮助命令

执行命令：jcmd <pid> help，它可以获取指定jvm实例支持的命令

案例2 生成堆转储文件

执行命令：jcmd <pid> GC.heap_dump 文件名，会生成到程序目录下

堆转储文件是jvm的快照文件，存储了jvm在某一刻的执行信息。

案例3 查看类加载器的统计信息

执行命令： jcmd <pid> VM.classloader_stats

结果：

在这里插入图片描述

统计了每个类加载器加载了几个类，这些类占用的内存大小

案例4 查看线程的执行信息

执行命令：jcmd <pid> Thread.print，这个命令类似于jstack命令

jconsole 图形化监控工具

图形化界面，查看java程序的信息，包括内存使用率、CPU使用率、线程数、类加载情况等，还可以手动执行垃圾回收、检测死锁等。

使用方式：在命令行直接输入 jconsole 命令即可使用，它会自动检查当前机器上运行的jvm

启动界面：

在这里插入图片描述

监控界面：

在这里插入图片描述

使用案例

案例1 执行GC

在这里插入图片描述

案例2 检测死锁

在这里插入图片描述

如何连接到远程服务器上的进程？

需要进程本身支持远程连接，在进程启动时添加参数，例如：

java -jar -Dcom.sun.management.jmxremote.port=8899 \
     -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false \
     -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false \
     -Djava.rmi.server.hostname=192.168.0.3 \
     math-game.jar

在进程启动时，添加jmx远程支持，指定进程本身的ip地址和端口号，然后就可以使用jconsole远程连接了

在这里插入图片描述

jvisualvm 图形化监控工具

图形化界面，查看java程序的信息，包括内存使用率、CPU使用率、线程数、类加载情况等，还可以手动执行垃圾回收、打印堆快照等。

这个命令是Java自带的，但是Java8在某些版本之后不支持这个软件了，需要自行下载。

下载地址：https://visualvm.github.io/download.html

使用方式：在命令行直接输入 jvisualvm 命令即可使用，它会自动检查当前机器上运行的jvm。

使用案例

案例1 查看堆转储文件

1、将堆转储文件加载到visualVM中。（这里mac上的图标，其它平台的可能不一样）

在这里插入图片描述

2、查看程序的统计信息

在这里插入图片描述

3、查看大对象：某些对象可以右击选择“select in threads”，查看它被哪个线程持有。在这个案例中，大对象是存储在ArrayList中的字节数组，可以在代码中搜索一下，找到这样的数组，然后再继续分析。

在这里插入图片描述

4、查看线程的执行信息，可以直接看到抛出内存溢出的位置，但是这未必是需要修复的位置，还是需要分析内存中的大对象是怎么来的，然后优化这部分对象。

在这里插入图片描述

5、QQL，一种查询语言，类似于SQL，可以查找某个类的所有实例。

在这里插入图片描述

第三方工具

arthus

arthas，阿里巴巴开源的Java诊断工具，用于诊断线上问题。

安装

下载arthas的jar包即可，curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar，

第一次启动arthas时，会下载arthas需要的库文件到用户根目录的 “.arthas” 文件中，arthas的日志文件在用户根目录的 “logs/arthas” 中

快速入门

通过一个实际案例来演示arthas的使用。

第一步：准备

下载arthus：curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar
下载arthus提供的用于演示的jar包：curl -O https://arthas.aliyun.com/math-game.jar

第二步：启动arthas

启动演示jar包：java -jar math-game.jar，这个jar包中提供了一个小程序，用于计算某个随机数的可以被分解成哪些因数
启动arthus：java -jar arthas-boot.jar

第三步：使用arthas来查看正在运行的Java项目

启动之后，进入arthas的交互界面，它会列出当前机器上运行的Java程序，用户选择一个进入，arthas会attach到该进程
attach到目标进程后，可以执行的命令：
- daashboard：查看当前进程的详细信息

arthas命令

输入help命令，可以查看arthus提供了哪些命令。这里介绍了几个我用过的命令

jvm相关

监控面板 dashboard

当前系统的实时面板，默认5s刷新一次，按q退出。

面板中的数据：包括线程信息、内存信息、jvm信息

线程部分：

ID：Java 级别的线程 ID
NAME：线程名
GROUP：线程组名
PRIORITY：线程优先级, 1到10之间的数字，越大表示优先级越高
STATE：线程的状态
CPU%：线程的cpu使用率。比如采样间隔1000ms，某个线程的增量cpu时间为100ms，则 cpu 使用率 =100/1000 = 10%
DELTA_TIME：上次采样之后线程运行增量CPU时间，数据格式为秒
TIME：线程运行总 CPU 时间，数据格式为分:秒
INTERRUPTED：线程当前的中断位状态
DAEMON：是否是daemon线程

堆转储文件 heapdump

类似 jmap 命令的 heap dump 功能

案例：heapdump arthas-output/dump.hprof

查看jvm信息 jvm

包括系统信息、类加载器信息、内存信息、线程信息的基本统计

查看内存信息 memory

堆内存中各个部分的使用信息

采样生成火焰图 profiler

用于生成应用热点的火焰图。它通过不断采样，将收集到的调用链路生成火焰图，帮助开发者快速定位性能瓶颈

案例1：profiler start -e cpu -d 120，采样CPU使用情况，持续120秒，会生成一个html文件

案例2：

开始采样：profiler start -e cpu，采样事件为cpu
查看采样状态：profiler status
停止采样并生成结果：profiler stop，会生成一个html文件

火焰图应该如何分析：火焰图的Y轴表示调用栈，每一层都是一个函数；X轴表示采样数，宽度越宽表示该函数被采样的次数越多，即占用的CPU时间越长。在火焰图中，热点方法通常位于图的顶部，且宽度较宽。这些方法表示在采样期间占用CPU时间最多的函数

类加载器相关

类加载器 classloader

查看当前类加载器的信息

选项：

-c：哈希值：指定当前classloader的哈希值，可以用于查看具体的classloader的信息
-a：列出当前classloader加载的所有类
-t：查看类加载器的继承树
-l：列出更多信息

案例1：执行classloader命令

输出结果：

 name                                       numberOfInstances  loadedCountTotal
 BootstrapClassLoader                       1                  2358
 com.taobao.arthas.agent.ArthasClassloader  1                  1574
 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader           1                  47
 sun.reflect.DelegatingClassLoader          16                 16
 sun.misc.Launcher$AppClassLoader           1                  4
Affect(row-cnt:5) cost in 6 ms.

结果中，numberOfInstances是类加载器的实例数量，loadedCountTotal是类加载器加载了多少个类

案例2：查看累加器的继承树

执行命令：classloader -t

输出结果：

+-BootstrapClassLoader
+-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@74a14482
  +-com.taobao.arthas.agent.ArthasClassloader@4bead177
  +-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@55f96302
Affect(row-cnt:4) cost in 7 ms.

案例3：类加载器的哈希值

执行命令：classloader -l

输出结果：

 name                                                loadedCount  hash      parent
 BootstrapClassLoader                                2361         null      null
 com.taobao.arthas.agent.ArthasClassloader@4bead177  1580         4bead177  sun.misc.Launcher$ExtC
                                                                            lassLoader@74a14482
 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@55f96302           4            55f96302  sun.misc.Launcher$ExtC
                                                                            lassLoader@74a14482
 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@74a14482           47           74a14482  null

案例4：查看classloader的加载路径

通过-c选项指定类加载器的哈希值

执行命令： classloader -c 74a14482，这里查看的是扩展类加载器的加载路径

输出结果：

file:/D:/java/jre/lib/ext/access-bridge-64.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/cldrdata.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/dnsns.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/jaccess.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/jfxrt.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/localedata.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/nashorn.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/sunec.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/sunmscapi.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar
file:/D:/java/jre/lib/ext/zipfs.jar
Affect(row-cnt:24) cost in 1 ms.

案例5：列出当前classloader加载的所有类

执行命令：classloader -c 55f96302 -a

返回结果：

hash:55f96302, sun.misc.Launcher$AppClassLoader@55f96302
com.taobao.arthas.agent.ArthasClassloader
com.taobao.arthas.agent334.AgentBootstrap
com.taobao.arthas.agent334.AgentBootstrap$1
demo.MathGame

反编译字节码 jad

反编译类的字节码

案例：jad 类的全限定名

方法相关

方法执行监控 monitor

监控方法的平均执行时间和失败率

格式：monitor [-c 执行周期] 类名方法名，执行周期默认是120s

案例：monitor -c 5 demo.MathGame print

函数执行数据观测 watch

监控方法的执行时间和返回结果

格式：watch 类的全限定名方法名

案例：watch demo.MathGame print

MAT

Eclipse Memory Analyzer Tool，JVM堆内存离线分析工具，基于eclipse开发，用于分析堆转储文件。

MAT提供了称为支配树（dominator tree）的对象图，支配树展示了对象实例之间的引用关系。

浅堆和深堆：

浅堆：shallow heap，支配树中对象本身占用的空间称为浅堆
深堆：retained heap，支配树中一个对象和它的子树称为深堆，深堆表示如果对象被回收掉，可以释放多少内存

MAT根据支配树，从叶子节点向根节点遍历，发现如果深堆的大小超过一定阈值比例，就会将其标记成为内存泄漏的嫌疑对象。

对象的引用：

outgoing reference：查看对象所引用的对象
incoming reference：查看对象被哪些对象引用

MAT提供的功能：

Overview：快速查看内存使用情况。
Histogram：柱状图，查看对象的分布情况，包括实例数量和内存占用。
Dominator Tree：支配树，查找占用最多内存的对象及其引用路径。

操作界面：

在这里插入图片描述

MAT会查看对象间的引用信息，分析可能存在的内存泄漏点，然后给出分析报告

常用操作

查看jvm的运行情况

查看jvm的启动参数

方法一：jps命令，使用不同的选项，-v 显示传递给jvm的实参，-m 显示传递给main方法的实参

方法二：jinfo -flags 进程id

案例：

在这里插入图片描述

参数讲解：

-XX:CICompilerCount=2 ：设置编译器线程的数量
-XX:InitialHeapSize=25165824 ：设置 JVM 启动时的初始堆大小， 24M
-XX:MaxHeapSize=383778816 ：设置 JVM 的最大堆大小
-XX:MaxNewSize=127926272 ：设置新生代的最大大小
-XX:MinHeapDeltaBytes=196608 ：设置堆内存扩展的最小增量，当 JVM 需要扩展堆内存时，每次扩展的最小增量。此参数可以避免频繁的内存扩展操作，提高性能。
-XX:NewSize=8388608 ：设置新生代的初始大小
-XX:OldSize=16777216 ：设置老年代的初始大小
-XX:+UseCompressedClassPointers ：启用压缩类指针，在 64 位 JVM 中，启用压缩类指针可以减少内存占用，提高性能。此参数在 Java 8 及更高版本中默认启用
-XX:+UseCompressedOops ：启用压缩普通对象指针

查看jvm中线程的执行信息

jstack 进程id

查看jvm中堆内存的统计信息

jmap -heap 进程id

查看jvm堆中对象的统计信息

jmap -histo 进程id

查看jvm使用哪个垃圾收集器

Java8默认使用吞吐量优先的垃圾收集器。通过查看jvm的启动参数 jinfo -flags 进程id 来查看，如果没有明确指定，那就是吞吐量优先的垃圾收集器，也就是Parallel GC。

查看jvm的gc信息

gc统计信息

jstat -gc ${pid}

gc日志

在程序启动时添加参数，把gc日志打印到指定文件中

java -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:./gc.log -jar math-game.jar

查看类加载信息

如何统计类的加载信息？详细统计一个运行中的程序，哪个类被哪个类加载器加载

Jstat命令：统计类加载信息，无法具体到类加载器

在这里插入图片描述

jcmd命令：统计类加载器的信息，无法统计到具体的类

在这里插入图片描述

arthus：可以列出某个类加载器加载的所有类，可以反编译某个类，

第一步：classloader -l ，查看类加载器的哈希值
第二步：classloader -c 哈希值 -a，查看指定类加载器加载的所有类

如果发生内存溢出打印堆转储文件

在程序启动时添加jvm参数：

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/path/to/dumpfile_$(date +%Y%m%d_%H%M%S).hprof

如果启动时没有添加这个参数，那么即使发生内存溢出，也不会打印堆转储文件

踩坑记录

在mac上无法使用jinfo命令

问题：在macOs上无法使用jinfo命令，执行时报错，无法attach到进程上，我使用的jdk版本是 “1.8.0_411”，

原因：mac上jdk的小版本bug，需要升级jdk。参考这篇博客 https://www.jianshu.com/p/d30cc106894d

在mac上无法使用jmap命令

问题：在macOs上无法使用jmap命令，执行时报错，无法attach到进程上，我使用的jdk版本是 “1.8.0_411”，

原因：网上找方案，发现要升级jdk，这是java8在macOS上的一个bug，参考官网记录 https://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=8160376

在mac上启动jvisualvm时报错

报错信息：

The operation couldn’t be completed. Unable to locate a Java Runtime that supports jvisualvm.
Please visit http://www.java.com for information on installing Java.

原因是，jdk 1.8.0_361之后需要自行下载安装VisualVM，前往 https://visualvm.github.io 下载。参考这篇博客：https://blog.csdn.net/weixin_43859011/article/details/132805006

在mac上visualWM无法链接到java程序

在这里插入图片描述

点击Applications，就会出现本地进程和远程进程的对话框，可以选择某个进程。 // 这个图标确实不好找

在mac m系列芯片上安装MAT

MAT最新版需要使用Java17，我以为它不支持解析Java8的堆转储文件，但试了一下是支持的。所以先安装Java17、再安装MAT即可。

mat官网：https://eclipse.dev/mat/

历史版本下载页面：https://eclipse.dev/mat/download/previous/

参考

MAT的使用：https://juejin.cn/post/6911624328472133646
https://www.jianshu.com/p/f04c04ed462f

查看全文

http://www.kler.cn/a/586851.html

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简介

工具相关的知识点

堆转储文件

QQL

压缩类空间

java自带的工具

jps

查看虚拟机运行情况的工具

jinfo 查看虚拟机参数

jstat 查看虚拟机的统计信息

使用案例

案例1 查看选项

案例2 查看类信息

案例3 查看gc信息

案例4 查看gc信息 每隔3秒在屏幕上打印1次，1分钟后退出

jstack 查看虚拟机的线程信息

使用案例

案例1 查看线程的执行信息

jmap 查看堆内存

使用案例

案例1 查看堆内存统计信息

案例2 查看对象的统计信息

案例3 生成堆转储文件

jcmd 向jvm发送命令

使用案例

案例1 查看帮助命令

案例2 生成堆转储文件

案例3 查看类加载器的统计信息

案例4 查看线程的执行信息

jconsole 图形化监控工具

使用案例

案例1 执行GC

案例2 检测死锁

如何连接到远程服务器上的进程？

jvisualvm 图形化监控工具

使用案例

案例1 查看堆转储文件

第三方工具

arthus

安装

快速入门

arthas命令

jvm相关

监控面板 dashboard

堆转储文件 heapdump

查看jvm信息 jvm

查看内存信息 memory

采样 生成火焰图 profiler

类加载器相关

类加载器 classloader

案例1：执行classloader命令

案例2：查看累加器的继承树

案例3：类加载器的哈希值

案例4：查看classloader的加载路径

案例5：列出当前classloader加载的所有类

反编译字节码 jad

方法相关

方法执行监控 monitor

函数执行数据观测 watch

MAT

常用操作

查看jvm的运行情况

查看jvm的启动参数

查看jvm中线程的执行信息

查看jvm中堆内存的统计信息

查看jvm堆中对象的统计信息

查看jvm使用哪个垃圾收集器

查看jvm的gc信息

gc统计信息

gc日志

查看类加载信息

如果发生内存溢出 打印堆转储文件

踩坑记录

在mac上无法使用jinfo命令

在mac上无法使用jmap命令

在mac上启动jvisualvm时报错

在mac上visualWM无法链接到java程序

在mac m系列芯片上安装MAT

参考

相关文章：

案例4 查看gc信息每隔3秒在屏幕上打印1次，1分钟后退出

采样生成火焰图 profiler

如果发生内存溢出打印堆转储文件