JVM 對象分配過程

對象分配過程

• 1）依據逃逸分析，判斷是否能棧上分配？
  • 若是能夠，使用標量替換方式，把對象分配到VM Stack中。若是 線程銷燬或方法調用結束後，自動銷燬，不須要 GC 回收器 介入。
  • 不然，繼續下一步。
• 2）判斷是否大對象？
  • 若是是，直接分配到堆上 Old Generation 老年代上。若是對象變爲垃圾後，由老年代GC 收集器（好比 Parallel Old, CMS, G1）回收。
  • 不然，繼續下一步。
• 3）判斷是否能夠在 TLAB中分配？
  • 若是是，在 TLAB中分配堆上Eden區。
  • 不然，在 TLAB外堆上的Eden區分配。

棧上分配

本質上是JVM提供的一個優化技術。

• 基本思想：將線程私有的對象打散分配在棧 VM Stack上
• 優勢：
  • 能夠在函數調用結束後自行銷燬對象，不須要垃圾回收器的介入，有效避免垃圾回收帶來的負面影響
  • 棧上分配速度快，提升系統性能
• 侷限性：
  • 棧空間小，對於大對象沒法實現棧上分配
• 技術基礎： 逃逸分析、標量替換

什麼是逃逸分析？

關於 Java 逃逸分析的定義：

逃逸分析（Escape Analysis）簡單來說就是，Java Hotspot 虛擬機能夠分析新建立對象的使用範圍，並決定是否在 Java 堆上分配內存的一項技術。

逃逸分析的 JVM 參數以下：

• 開啓逃逸分析：-XX:+DoEscapeAnalysis
• 關閉逃逸分析：-XX:-DoEscapeAnalysis
• 顯示分析結果：-XX:+PrintEscapeAnalysis

逃逸分析技術在 Java SE 6u23+ 開始支持，並默認設置爲啓用狀態，能夠不用額外加這個參數。

逃逸分析優化

針對上面第三點，當一個對象沒有逃逸時，能夠獲得如下幾個虛擬機的優化。

1) 鎖消除

咱們知道線程同步鎖是很是犧牲性能的，當編譯器肯定當前對象只有當前線程使用，那麼就會移除該對象的同步鎖。

例如，StringBuffer 和 Vector 都是用 synchronized 修飾線程安全的，但大部分狀況下，它們都只是在當前線程中用到，這樣編譯器就會優化移除掉這些鎖操做。

鎖消除的 JVM 參數以下：

• 開啓鎖消除：-XX:+EliminateLocks
• 關閉鎖消除：-XX:-EliminateLocks

鎖消除在 JDK8 中都是默認開啓的，而且鎖消除都要創建在逃逸分析的基礎上。

2) 標量替換

首先要明白標量和聚合量，基礎類型和對象的引用能夠理解爲標量，它們不能被進一步分解。而能被進一步分解的量就是聚合量，好比：對象。

對象是聚合量，它又能夠被進一步分解成標量，將其成員變量分解爲分散的變量，這就叫作標量替換。

這樣，若是一個對象沒有發生逃逸，那壓根就不用建立它，只會在棧或者寄存器上建立它用到的成員標量，節省了內存空間，也提高了應用程序性能。

標量替換的 JVM 參數以下：

• 開啓標量替換：-XX:+EliminateAllocations
• 關閉標量替換：-XX:-EliminateAllocations
• 顯示標量替換詳情：-XX:+PrintEliminateAllocations

標量替換一樣在 JDK8 中都是默認開啓的，而且都要創建在逃逸分析的基礎上。

3) 棧上分配

當對象沒有發生逃逸時，該對象就能夠經過標量替換分解成成員標量分配在棧內存中，和方法的生命週期一致，隨着棧幀出棧時銷燬，減小了 GC 壓力，提升了應用程序性能。

示例代碼

import java.time.Instant;
/**
 * 棧上分配，依賴於逃逸分析和標量替換
 *
 * @author Sven Augustus
 */
public class TestTLAB {
  // private static User u;
  /**
   * 一個User對象的大小：markdown 8 + class pointer 4 + int 4 + string (oops) 4 + padding 4 = 24B <br> 若是分配 100_000_000 個，則須要
   * 2400_000_000 字節， 約 2.24 GB。
   */
  static class User {
    private int id;
    private String name;

    public User(int id, String name) {
      this.id = id;
      this.name = name;
    }
  }

  private static void alloc() {
    User u = new User(1, "SvenAugustus");
    // u = new User(1, "SvenAugustus");
  }
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    long start = Instant.now().toEpochMilli();
    for (int i = 0; i < 100_000_000; i++) {
      alloc();
    }
    System.out.println(Instant.now().toEpochMilli() - start);
  }
}複製代碼

上述代碼調用了1億次alloc()，若是是分配到堆上，大概須要 2.2 GB的堆空間，若是堆空間小於該值，必然會觸發GC。

使用以下VM參數運行，發現不會觸發GC：

-server -Xmx15m -Xms15m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC -XX:-UseTLAB -XX:+EliminateAllocations複製代碼

使用以下參數（任意一行）運行，會發現觸大量 GC：

//不使用逃逸分析
-server -Xmx15m -Xms15m -XX:+PrintGCDetails -XX:-UseTLAB -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateAllocations
//不使用標量替換
-server -Xmx15m -Xms15m -XX:+PrintGCDetails -XX:-UseTLAB -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateAllocations複製代碼

TLAB 分配

TLAB，全稱Thread Local Allocation Buffer, 即：線程本地分配緩存。這是一塊線程專用的內存分配區域。

TLAB佔用的是eden區的空間。

在TLAB啓用的狀況下（默認開啓），JVM會爲每個線程分配一塊TLAB區域。

爲何須要TLAB？

這是爲了加速對象的分配。

因爲對象通常分配在堆上，而堆是線程共用的，所以可能會有多個線程在堆上申請空間，而每一次的對象分配都必須線程同步，會使分配的效率降低。

考慮到對象分配幾乎是Java中最經常使用的操做，所以JVM使用了TLAB這樣的線程專有區域來避免多線程衝突，提升對象分配的效率。

• 侷限性： TLAB空間通常不會太大（佔用eden區），因此大對象沒法進行TLAB分配，只能直接分配到堆 Heap上。

大對象

大對象的 JVM 參數以下：

• 大對象到底多大：-XX:PreTenureSizeThreshold=n （僅適用於 DefNew / ParNew新生代垃圾回收器 ） bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-…
• G1回收器的大對象判斷，則依據Region的大小（-XX:G1HeapRegionSize）來判斷，若是對象大於Region50%以上，就判斷爲大對象Humongous Object。

by Sven Augustus my.oschina.net/langxSpirit