TLAB、指针碰撞和空闲列表

素颜马尾好姑娘i 2021-06-10 20:39 334阅读 0赞

> new对象与指针碰撞

new对象怎么就出问题了呢？  
java中我们要创建一个对象,用关键字new就可以了。但是，在我们日常中，有很多生命周期很短的对象。比如：

public void dome(){
        User user=new user();
        user.sayhi();
    }

这种对象的作用域都不会逃逸出方法外，也就是说该对象的生命周期会随着方法的调用开始而开始，方法的调用结束而结束。  
假设JVM所有的对象都放在堆内存中(为什么用假设，因为JVM并不是这样)一旦方法结束，没有了指向该对象的引用，该对象就需要被GC回收，如果存在很多这样的情况，对GC来说压力山大呀。

那么什么又是指针碰撞呢？  
假设JVM虚拟机上，堆内存都是规整的。堆内存被一个指针一分为二。指针的左边都被塞满了对象，指针的右变是未使用的区域。每一次有新的对象创建，指针就会向右移动一个对象size的距离。这就被称为指针碰撞。

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图1.png

好，问题来了。如果我们用多线程执行刚才的dome方法，一个线程正在给A对象分配内存，指针还没有来的及修改，同时为B对象分配内存的线程，仍引用这之前的指针指向。这样就出现毛病了。  
(要注意的是，上面两种情况解决方案不止一个，我今天主要是讲TLAB，其他方案自行查询)

> TLAB的出现

我们现在已经搞清楚，我们出现了哪些问题。我在为大家介绍一下今天的主角。

TLAB的全称是Thread Local Allocation Buffer，即线程本地分配缓存区，这是一个线程专用的内存分配区域。

如果设置了虚拟机参数 -XX:UseTLAB，在线程初始化时，同时也会申请一块指定大小的内存，只给当前线程使用，这样每个线程都单独拥有一个空间，如果需要分配内存，就在自己的空间上分配，这样就不存在竞争的情况，可以大大提升分配效率。

TLAB空间的内存非常小，缺省情况下仅占有整个Eden空间的1%，也可以通过选项-XX:TLABWasteTargetPercent设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小。

TLAB的本质其实是三个指针管理的区域：start，top 和 end，每个线程都会从Eden分配一块空间，例如说100KB，作为自己的TLAB，其中 start 和 end 是占位用的，标识出 eden 里被这个 TLAB 所管理的区域，卡住eden里的一块空间不让其它线程来这里分配。

TLAB只是让每个线程有私有的分配指针，但底下存对象的内存空间还是给所有线程访问的，只是其它线程无法在这个区域分配而已。从这一点看，它被翻译为 线程私有分配区 更为合理一点  
当一个TLAB用满（分配指针top撞上分配极限end了），就新申请一个TLAB，而在老TLAB里的对象还留在原地什么都不用管——它们无法感知自己是否是曾经从TLAB分配出来的，而只关心自己是在eden里分配的。

> TLAB的缺点

事务总不是完美的，TLAB也又自己的缺点。因为TLAB通常很小，所以放不下大对象。  
1，TLAB空间大小是固定的，但是这时候一个大对象，我TLAB剩余的空间已经容不下它了。(比如100kb的TLAB，来了个110KB的对象)  
2，TLAB空间还剩一点点没有用到，有点舍不得。(比如100kb的TLAB，装了80KB，又来了个30KB的对象)  
所以JVM开发人员做了以下处理，设置了最大浪费空间。  
当剩余的空间小于最大浪费空间，那该TLAB属于的线程在重新向Eden区申请一个TLAB空间。进行对象创建，还是空间不够，那你这个对象太大了，去Eden区直接创建吧！  
当剩余的空间大于最大浪费空间，那这个大对象请你直接去Eden区创建，我TLAB放不下没有使用完的空间。

当然，又回造成新的病垢。  
3，Eden空间够的时候，你再次申请TLAB没问题，我不够了，Heap的Eden区要开始GC，  
4，TLAB允许浪费空间，导致Eden区空间不连续，积少成多。以后还要人帮忙打理。

对于Java开发来说，在虚拟机内存管理的帮助下，不需要为每个新的对象在代码层面分配内存，回收内存，比如像C语言那样操作。所以在正常情况下，内存泄露和内存溢出等问题也不太容易出现。所以要是运行中的程序出现了内存泄露问题，排查还是有一定困难。

Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，主要用于存放对象实例，为对象分配内存就是把一块大小确定的内存从堆内存中划分出来，通常有指针碰撞和空闲列表两种实现方式。

**1.指针碰撞法**  
假设Java堆中内存时完整的，已分配的内存和空闲内存分别在不同的一侧，通过一个指针作为分界点，需要分配内存时，仅仅需要把指针往空闲的一端移动与对象大小相等的距离。使用的GC收集器：Serial、ParNew，适用堆内存规整（即没有内存碎片）的情况下。

**2.空闲列表法**  
事实上，Java堆的内存并不是完整的，已分配的内存和空闲内存相互交错，JVM通过维护一个列表，记录可用的内存块信息，当分配操作发生时，从列表中找到一个足够大的内存块分配给对象实例，并更新列表上的记录。使用的GC收集器：CMS，适用堆内存不规整的情况下。

**内存分配并发问题**

在创建对象的时候有一个很重要的问题，就是线程安全，因为在实际开发过程中，创建对象是很频繁的事情，作为虚拟机来说，必须要保证线程是安全的，通常来讲，虚拟机采用两种方式来保证线程安全：

*  CAS： CAS 是乐观锁的一种实现方式。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。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。
 *  TLAB： 为每一个线程预先分配一块内存，JVM在给线程中的对象分配内存时，首先在TLAB分配，当对象大于TLAB中的剩余内存或TLAB的内存已用尽时，再采用上述的CAS进行内存分配。

如果想多了，创建一个对象还是挺麻烦的，需要这么多步骤，那么我们在开发过程中尽量非必须的对象创建呢？

**创建对象有以下几个要点**：

1.  **类加载机制检查**：JVM首先检查一个new指令的参数是否能在常量池中定位到一个符号引用，并且检查该符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过
2.  **分配内存**：把一块儿确定大小的内存从Java堆中划分出来
3.  **初始化零值：**对象的实例字段不需要赋初始值也可以直接使用其默认零值，就是这里起得作用
4.  **设置对象头：**存储对象自身的运行时数据，类型指针
5.  **执行<init>**：为对象的字段赋值

学习前人笔记，记录一下！

参考：

[https://www.jianshu.com/p/eaef248b5a2c][https_www.jianshu.com_p_eaef248b5a2c]

[https://juejin.im/post/5b7d69e4e51d4538ca5730cb][https_juejin.im_post_5b7d69e4e51d4538ca5730cb]（java jvm内存区域）

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[https_www.jianshu.com_p_eaef248b5a2c]: https://www.jianshu.com/p/eaef248b5a2c
[https_juejin.im_post_5b7d69e4e51d4538ca5730cb]: https://juejin.im/post/5b7d69e4e51d4538ca5730cb