全网最硬核 JVM TLAB 分析 1. 内存分配思想引入

绝地灬酷狼 2022-10-27 12:18 232阅读 0赞

> 今天，又是干货满满的一天。这是全网最硬核 JVM 系列的开篇，首先从 TLAB 开始。由于文章很长，每个人阅读习惯不同，所以特此拆成单篇版和多篇版

*  [全网最硬核 JVM TLAB 分析（单篇版不包含额外加菜）][JVM TLAB]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析 1. 内存分配思想引入][JVM TLAB _ 1.]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析 2. TLAB生命周期与带来的问题思考][JVM TLAB _ 2. TLAB]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析 3. JVM EMA期望算法与TLAB相关JVM启动参数][JVM TLAB _ 3. JVM EMA_TLAB_JVM]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析 4. TLAB 基本流程全分析][JVM TLAB _ 4. TLAB]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析 5. TLAB 源代码全解析][JVM TLAB _ 5. TLAB]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析 6. TLAB 相关热门Q&A汇总][JVM TLAB _ 6. TLAB _Q_A]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析(额外加菜) 7. TLAB 相关 JVM 日志解析][JVM TLAB _ 7. TLAB _ JVM]
 *  [全网最硬核 JVM TLAB 分析(额外加菜) 8. 通过 JFR 监控 TLAB][JVM TLAB _ 8. _ JFR _ TLAB]

# 1. 观前提醒 #

本期内容比较硬核，非常全面，涉及到了设计思想到实现原理以及源码，并且还给出了相应的日志以及监控方式，如果有不清楚或者有疑问的地方，欢迎留言。

其中涉及到的设计思想主要为个人理解，实现原理以及源码解析也是个人整理，如果有不准确的地方，非常欢迎指正！提前感谢~~

# 2. 分配内存实现思路 #

我们经常会 new 一个对象，这个对象是需要占用空间的，第一次 new 一个对象占用的空间如 **图00** 所示，

![0._20Object_20in_20JVM.png][]

我们这里先只关心堆内部的存储，元空间中的存储，我们会在另一个系列详细讨论。堆内部的存储包括对象头，对象体以及内存对齐填充，那么这块空间是如何分配的呢？

首先，对象所需的内存，在对象的类被解析加载进入元空间之后，就可以在分配内存**创建前计算出来**。假设现在我们自己来设计堆内存分配，一种最简单的实现方式就是线性分配，也被称为撞针分配（bump-the-pointer）。

![image][]

每次需要分配内存时，先计算出需要的内存大小，然后 **CAS 更新**如 **图01** 中所示的内存分配指针，标记分配的内存。但是内存一般不是这么整齐的，可能有些内存在分配有些内存就被释放回收了。所以一般不会只靠撞针分配。一种思路是在撞针分配的基础上，加上一个 FreeList。

![image][image 1]

简单的实现是将释放的对象内存加入 FreeList，下次分配对象的时候，**优先从 FreeList 中寻找合适的内存大小进行分配**，之后再在主内存中撞针分配。

这样虽然一定程度上解决了问题，但是目前大多数应用是多线程的，所以内存分配是多线程的，都从主内存中分配，CAS 更新重试过于频繁导致效率低下。目前的应用，一般根据不同业务区分了不同的线程池，在这种情况下，**一般每个线程分配内存的特性是比较稳定的**。这里的比较稳定指的是，每次分配对象的大小，每轮 GC 分配区间内的分配对象的个数以及总大小。所以，我们可以考虑每个线程分配内存后，就将这块内存保留起来，用于下次分配，这样就不用每次从主内存中分配了。如果能估算每轮 GC 内每个线程使用的内存大小，则可以提前分配好内存给线程，这样就更能提高分配效率。这种内存分配的实现方式，在 JVM 中就是 TLAB （Thread Local Allocate Buffer）。

# 3. JVM 对象堆内存分配流程简述 #

![image][image 2]

我们这里不考虑**栈上分配**，这些会在 JIT 的章节详细分析，我们这里**考虑的是无法栈上分配需要共享的对象**。

对于 HotSpot JVM 实现，所有的 GC 算法的实现都是一种对于堆内存的管理，也就是都实现了一种堆的抽象，它们都实现了接口 CollectedHeap。当分配一个对象堆内存空间时，在 CollectedHeap 上首先都会检查是否启用了 TLAB，如果启用了，则会尝试 TLAB 分配；如果当前线程的 TLAB 大小足够，那么从线程当前的 TLAB 中分配；如果不够，但是当前 TLAB 剩余空间小于**最大浪费空间限制（这是一个动态的值，我们后面会详细分析）**，则从堆上（一般是 Eden 区） 重新申请一个新的 TLAB 进行分配。否则，直接在 TLAB 外进行分配。TLAB 外的分配策略，不同的 GC 算法不同。例如G1：

*  如果是 Humongous 对象（对象在超过 Region 一半大小的时候），直接在 Humongous 区域分配（老年代的连续区域）。
 *  根据 Mutator 状况在当前分配下标的 Region 内分配

[JVM TLAB]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625536
[JVM TLAB _ 1.]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625581
[JVM TLAB _ 2. TLAB]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625597
[JVM TLAB _ 3. JVM EMA_TLAB_JVM]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625614
[JVM TLAB _ 4. TLAB]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625627
[JVM TLAB _ 5. TLAB]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625645
[JVM TLAB _ 6. TLAB _Q_A]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625667
[JVM TLAB _ 7. TLAB _ JVM]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625714
[JVM TLAB _ 8. _ JFR _ TLAB]: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/113625743
[0._20Object_20in_20JVM.png]: /images/20221024/9e01b4cda0fb45719734991ffdb5ecde.png
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