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Java对象分配简要流程

本文主要简述Java对象在内存中的分配过程

总体流程

分配流程

逃逸分析

逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域:当一个对象在方法中被定义后,它可能被外部方法所引用。

  • 方法逃逸:例如作为调用参数传递到其他方法中。

  • 线程逃逸:有可能被外部线程访问到,譬如赋值给类变量或可以在其他线程中访问的实例变量。

栈上分配(Stack Allocation)

Java堆中的对象对于各个线程都是共享和可见的,只要持有这个对象的引用,就可以访问堆中存储的对象数据。虚拟机的垃圾收集系统可以回收堆中不再使用的对象,但回收动作无论是筛选可回收对象,还是回收和整理内存都需要耗费时间。

如果 确定一个对象不会逃逸出方法之外,那让这个对象在栈上分配内存将会是一个很不错的主意,对象所占用的内存空间就可以随栈帧出栈而销毁 。在一般应用中,不会逃逸的局部对象所占的比例很大,如果能使用栈上分配,那大量的对象就会随着方法的结束而自动销毁了,垃圾收集系统的压力将会小很多。

在实际的应用程序,尤其是大型程序中反而发现实施逃逸分析可能出现效果不稳定的情况,或因分析过程耗时但却无法有效判别出非逃逸对象而导致性能(即时编译的收益)有所下降,所以在很长的一段时间里,即使是Server Compiler,也默认不开启逃逸分析,甚至在某些版本(如JDK 1.6 Update18)中还曾经短暂地完全禁止了这项优化。

对象内存分配的两种方法

为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。

  • 指针碰撞( Serial、ParNew等带Compact过程的收集器 )

    假设Java堆中内存是绝对规整的,所有用过的内存都放在一边,空闲的内存放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离,这种分配方式称为“指针碰撞”(Bump the Pointer)。

  • 空闲列表( CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器 )

    如果Java堆中的内存并不是规整的,已使用的内存和空闲的内存相互交错,那就没有办法简单地进行指针碰撞了,虚拟机就必须维护一个列表,记录上哪些内存块是可用的,在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录,这种分配方式称为“空闲列表”(Free List)。

选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定,而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。因此,在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时,系统采用的分配算法是指针碰撞,而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时,通常采用空闲列表。

TLAB分配

对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为,即使是仅仅修改一个指针所指向的位置,在并发情况下也并不是线程安全的,可能出现正在给对象A分配内存,指针还没来得及修改,对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。

解决这个问题有两种方案,一种是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性;另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行,即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。

哪个线程要分配内存,就在哪个线程的TLAB上分配,只有TLAB用完并分配新的TLAB时,才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。通常默认的TLAB区域大小是Eden区域的1%,当然也可以手工进行调整,对应的JVM参数是-XX:TLABWasteTargetPercent。内存分配完成后,虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头),如果使用TLAB,这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用,程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

从内存分配的角度来看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。不过无论如何划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,存储的都仍然是对象实例,进一步划分的目的是为了更好地回收内存,或者更快地分配内存。

相关参数

-XX:PretenureSizeThreshold设置大对象直接进入年老代的阈值,当对象大小超过这个值时,将直接在年老代分配。

-XX:MaxTenuringThreshold是给Serial收集器和没有开启UseAdaptiveSizePolicy的ParNew GC收集器用的( 在计算存活周期这个阈值时,hotspot会遍历所有age的table,并对其所占用的大小进行累积,当累积的大小超过了survivor space的一半时,则以这个age作为新的存活周期阈值,最后取age和MaxTenuringThreshold中更小的一个值。 ),

对于PSGC而言,第一次以InitialTenuringThreshold(默认值为7)来算,之后的minorGC会动态估算(另外,也会根据TargetSurvivorRatio来动态计算年龄)

回顾

对象在内存的引用方式

class文件中method的结构

对象在内存的结构

参考

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