Java中的对象一定在堆上分配吗？

╰半橙微兮° 2022-04-24 08:18 778阅读 0赞

首先，为解释这个问题，需要的基本知识如下（如果对以下概念不太熟悉， 可以先了解下）：

1.[JVM内存结构，传送门][JVM]  
2.[即时编译（JIT），传送门][JIT]  
[3. 逃逸分析，传送门][3.]

**Java对象内存分配策略**

一般认为，Java对象都是在堆上分配的，但也有一些特殊情况。Java对象内存分配策略：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70]

在Java中，典型的对象不在堆上分配的情况有两种：TLAB（Thread Local Allocation Buffer）和栈上分配（严格来说TLAB也是属于堆，只是在TLAB比较特殊）。

**一 、栈上分配**

JVM在Server模式下的逃逸分析可以分析出某个对象是否永远只在某个方法、线程的范围内，并没有“逃逸”出这个范围，逃逸分析的一个结果就是对于**某些未逃逸对象可以直接在栈上分配**，由于该对象一定是局部的，所以栈上分配不会有问题。在实际的应用程序，尤其是大型程序中反而发现实施逃逸分析可能出现效果不稳定的情况，或因分析过程耗时但却无法有效判别出非逃逸对象而导致性能（即时编译的收益）有所下降，所以在很长的一段时间里，即使是Server Compiler，也默认不开启逃逸分析，甚至在某些版本（如JDK 1.6 Update18）中还曾经短暂地完全禁止了这项优化。

**二 、TLAB分配**

对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，可能出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。

解决这个问题有两种方案，一种是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS和失败重试的方式保证更新操作的原子性；另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）。

JVM在内存新生代Eden Space中开辟了一小块区域，由线程私有，称作TLAB（Thread-local allocation buffer），默认设定为占用Eden Space的1%。在Java程序中很多对象都是小对象且用过即丢，它们不存在线程共享也适合被快速GC，所以对于小对象通常JVM会优先分配在TLAB上，并且TLAB上的分配由于是线程私有所以没有锁开销。因此在实践中分配多个小对象的效率通常比分配一个大对象的效率要高。

哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。通常默认的TLAB区域大小是Eden区域的1%，当然也可以手工进行调整，对应的JVM参数是-XX:TLABWasteTargetPercent。

**三 、为什么不直接在堆上分配**

我们知道堆是由所有线程共享的，既然如此那它就是竞争资源，对于竞争资源，必须采取必要的同步，所以当使用new关键字在堆上分配对象时，是需要锁的。既然有锁，就必定存在锁带来的开销，而且由于是对整个堆加锁，相对而言锁的粒度还是比较大的，影响效率。而无论是TLAB还是栈都是线程私有的，私有即避免了竞争。

所以对于某些特殊情况，可以采取避免在堆上分配对象的办法，以提高对象创建和销毁的效率。

**四 、对象内存分配的两种方法**

为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。

1） 指针碰撞(Serial、ParNew等带Compact过程的收集器)

假设Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”（Bump the Pointer）。

2）空闲列表(CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器)

如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录，这种分配方式称为“空闲列表”（Free List）。

选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。因此，在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表。

[JVM]: https://blog.csdn.net/zhaohong_bo/article/details/89392364
[JIT]: https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-just-in-time/index.html
[3.]: https://blog.csdn.net/zhaohong_bo/article/details/89421055
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220217/c8b1422555fb4b93a6de5ac4b043de9a.png