JVM 对象分配过程

JVM 对象分配过程

对象分配过程

  • 1)依据逃逸分析,判断是否能栈上分配?

    VM Stack
    
  • 2)判断是否大对象?

    Old Generation
    
  • 3)判断是否可以在 TLAB 中分配?

    • 如果是,在 TLAB 中分配堆上 Eden 区。
    • 否则,在 TLAB 外堆上的 Eden 区分配。

栈上分配

本质上是JVM提供的一个优化技术。

  • 基本思想:将线程私有的对象打散分配在栈 VM Stack
  • 优点:

    • 可以在函数调用结束后自行销毁对象,不需要垃圾回收器的介入,有效避免垃圾回收带来的负面影响
    • 栈上分配速度快,提高系统性能
  • 局限性:

    • 空间小,对于 大对象 无法实现栈上分配
  • 技术基础: 逃逸分析标量替换

什么是逃逸分析?

关于 Java 逃逸分析的定义:

逃逸分析(Escape Analysis)简单来讲就是,Java Hotspot 虚拟机可以分析新创建对象的使用范围,并决定是否在 Java 堆上分配内存的一项技术。

逃逸分析的 JVM 参数如下:

-XX:+DoEscapeAnalysis
-XX:-DoEscapeAnalysis
-XX:+PrintEscapeAnalysis

逃逸分析技术在 Java SE 6u23+ 开始支持,并默认设置为启用状态,可以不用额外加这个参数。

逃逸分析优化

针对上面第三点,当一个对象没有逃逸时,可以得到以下几个虚拟机的优化。

1) 消除

我们知道线程同步锁是非常牺牲性能的,当编译器确定当前对象只有当前线程使用,那么就会移除该对象的同步锁。

例如,StringBuffer 和 Vector 都是用 synchronized 修饰线程安全的,但大部分情况下,它们都只是在当前线程中用到,这样编译器就会优化移除掉这些锁操作。

锁消除的 JVM 参数如下:

-XX:+EliminateLocks
-XX:-EliminateLocks

锁消除在 JDK8 中都是默认开启的,并且锁消除都要建立在 逃逸分析 的基础上。

2) 标量替换

首先要明白标量和聚合量,基础类型和对象的引用可以理解为标量,它们不能被进一步分解。而能被进一步分解的量就是聚合量,比如:对象。

对象是聚合量,它又可以被进一步分解成标量,将其成员变量分解为分散的变量,这就叫做 标量替换

这样,如果一个对象没有发生逃逸,那压根就不用创建它,只会在栈或者寄存器上创建它用到的成员标量,节省了内存空间,也提升了应用程序性能。

标量替换的 JVM 参数如下:

-XX:+EliminateAllocations
-XX:-EliminateAllocations
-XX:+PrintEliminateAllocations

标量替换同样在 JDK8 中都是默认开启的,并且都要建立在逃逸分析的基础上。

3) 栈上分配

当对象没有发生逃逸时,该对象就可以通过标量替换分解成成员标量分配在栈内存中,和方法的生命周期一致,随着栈帧出栈时销毁,减少了 GC 压力,提高了应用程序性能。

示例代码

import java.time.Instant;
/**
 * 栈上分配,依赖于逃逸分析和标量替换
 *
 * @author Sven Augustus
 */
public class TestTLAB {
  // private static User u;
  /**
   * 一个User对象的大小:markdown 8 + class pointer 4 + int 4 + string (oops) 4 + padding 4 = 24B <br> 如果分配 100_000_000 个,则需要
   * 2400_000_000 字节, 约 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);
  }
}

上述代码调用了1亿次alloc(),如果是分配到堆上,大概需要 2.2 GB的堆空间,如果堆空间小于该值,必然会触发GC。

使用如下VM参数运行,发现不会触发GC:

-server -Xmx15m -Xms15m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC -XX:-UseTLAB -XX:+EliminateAllocations

JVM 对象分配过程

使用如下参数(任意一行)运行,会发现触大量 GC:

//不使用逃逸分析
-server -Xmx15m -Xms15m -XX:+PrintGCDetails -XX:-UseTLAB -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateAllocations
//不使用标量替换
-server -Xmx15m -Xms15m -XX:+PrintGCDetails -XX:-UseTLAB -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateAllocations

JVM 对象分配过程

TLAB 分配

TLAB,全称Thread Local Allocation Buffer, 即:线程本地分配缓存。这是一块线程专用的内存分配区域。

TLAB占用的是eden区的空间。

在TLAB启用的情况下(默认开启),JVM会为每一个线程分配一块TLAB区域。

为什么需要TLAB?

这是为了加速对象的分配。

由于对象一般分配在堆上,而堆是线程共用的,因此可能会有多个线程在堆上申请空间,而每一次的对象分配都必须线程同步,会使分配的效率下降。

考虑到对象分配几乎是Java中最常用的操作,因此JVM使用了TLAB这样的线程专有区域来避免多线程冲突,提高对象分配的效率。

  • 局限性: TLAB空间一般不会太大(占用eden区),所以 大对象 无法进行 TLAB 分配,只能直接分配到堆 Heap 上。

大对象

大对象的 JVM 参数如下:

  • 大对象到底多大: -XX:PreTenureSizeThreshold=n

(仅适用于 DefNew / ParNew 新生代垃圾回收器 ) https://bugs.openjdk.java.net…

  • G1 回收器的大对象判断,则依据 Region 的大小( -XX:G1HeapRegionSize )来判断,如果对象大于 Region 50%以上,就判断为大对象 Humongous Object

by Sven Augustus https://my.oschina.net/langxS…

原文 

https://segmentfault.com/a/1190000022537379

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  1. 今日头条新闻文章还不错支持一下回复