• 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?

      如果可以,使用标量替换方式,把对象分配到VM Stack中。如果 线程销毁或方法调用结束后,自动销毁,不需要 GC 回收器 介入。

      否则,继续下一步。

      2)判断是否大对象?

      如果是,直接分配到堆上 Old Generation 老年代上。如果对象变为垃圾后,由老年代GC 收集器(比如 Parallel Old, CMS, G1)回收。

      否则,继续下一步。

      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上

      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:

      栈空间小,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:

      开启逃逸分析:-XX:+DoEscapeAnalysis

      关闭逃逸分析:-XX:-DoEscapeAnalysis

      显示分析结果:-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) 锁消除

      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:

      开启锁消除:-XX:+EliminateLocks

      关闭锁消除:-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:

      开启标量替换:-XX:+EliminateAllocations

      关闭标量替换:-XX:-EliminateAllocations

      显示标量替换详情:-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
    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

      

      使用如下参数(任意一行)运行,会发现触大量 GC:  郑州妇科医院哪里好:http://www.zztjfkyy.com/郑州妇科医院哪家好:http://www.zztjfkyy.com/郑州妇科医院排名:http://www.zztjfkyy.com/

      //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

      

      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/browse/JDK-8050209

      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Region50%以上,就判断为大对象Humongous Object。

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