JVM 的栈上分配、TLAB、PLAB 有啥区别？

浅浅的花香味﹌ 2023-09-26 10:32 20阅读 0赞

我们在学习 G1 回收器的时候，一般我们都会接触到 TLAB 和 PLAB 这两个术语。它们都是为了提高内存分配效率而存在的，但它们和栈上分配有什么区别呢？今天，就让树哥带着大家盘一盘。

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### 栈上分配 ###

稍微了解过 Java 虚拟机内存结构的同学都知道，在 Java 虚拟机中有两个关键的存储数据节点，那就是：堆与栈。

其中堆是所有线程共享的一块内存，几乎所有对象的分配都在这块内存中。而栈则是线程自己私有的，只存储线程自己的局部变量等信息。每个线程都有自己的栈，栈信息无法在线程之间共享。

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一般情况下，每个线程如果有新建的对象，那么会跟 JVM 申请在堆上创建对应的对象，而线程的栈则存储了指向堆对象的指针。每当一个线程想创建一个对象时，首先会请求 JVM，之后 JVM 进行协调，创建完成之后再告诉线程，线程最后将引用放到栈中。

在对象创建的这个过程，堆和栈之间的关系就像是列车的中央调度室和火车的关系。每次线程需要分配内存空间，都需要去到堆去申请空间，会耗费不少时间和精力。

这个时候有人就发现，线程的有些对象其实别人也不会访问到，放在堆中貌似也没什么大作用。于是他提出：**对于这些其他线程不会访问的对象，我们能不能让线程自己分配在它自己的栈空间上？这样不就可以节省不少交互时间了么！**

这个方法确实不错，如果能实现应该可以提高对象创建的时间，提高虚拟机的运行效率。

但问题是：我怎么知道哪些对象可以分配在栈上，哪些不行呢？

其实聪明的软件工程师们早就解决了这个问题了，他们新造了一个名字：逃逸分析。

那么什么是逃逸分析呢？

从字面意思上来讲，逃逸分析的目的是判断对象的作用域是否有可能逃出函数体。例如下面的代码就显示了一个逃逸的对象：

private static User user;
    private static void hello(){
       u = new User();
       u.name = "java.top.select";
       u.website = "http://www.shuyi.me";
    }

对象实例 user 是类的成员变量，可以被任何线程访问，因此它属于逃逸对象。但如果我们将代码稍微改动一下，该对象就可以线程非逃逸的了。

private static void hello(){
       User u = new User();
       u.name = "java.top.select";
       u.website = "http://www.shuyi.me";
    }

可以看到 user 实例作用域只在 hello 函数中，不会被其他线程访问到，也不会访问。所以该 user 实例对象的作用域只在该函数中，因此它并未发生逃逸。对于这样的情况，虚拟机就有可能将其分配在栈上，而不在堆上。

看到这里，我相信许多人都应该明白了什么是栈上分配了。**简单点说，就是将本来应该分配在堆中的对象，让其分配在线程私有的栈上。通过这种方式，减少垃圾回收的压力，提高虚拟机的运行效率。**

### TLAB ###

TLAB（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。

**那么问什么需要 TLAB 呢？这是为了加速对象的分配！**

由于对象一般分配在堆上，而堆事线程共用的，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，这样会降低内存分配的效率。

考虑到对象分配是非常常见的操作，于是 JVM 使用 TLAB 这样的线程转悠区域来避免多线程冲突，提高对象分配效率。

为了不至于导致 Eden 区被填充满，因此 TLAB 空间一般不会太大。因此大对象有可能无法在 TLAB 分配，只能直接分配到堆上。这其实是一种折中的设计哲学，因为大多数分配的对象都比较小，因此 TLAB 空间能满足大多数的需求。

### PLAB ###

PLAB（Promotion Local Allocation Buffers），即晋升本地分配缓存。**PLAB 的作用于 TLAB 类似，都是为了加速对象分配效率，避免多线程竞争而诞生的。** 只不过 PLAB 是应用于对象晋升到 Survivor 区或老年代。与 TLAB 类似，每个线程都有独立的 PLAB 区。

### 对象内存分配流程 ###

对于栈上分配与 TLAB 而言，其是有一定关系的。在进行对象内存分配的时候，首先会尝试进行栈上分配，接着尝试进行 TLAB 分配，接着判断是否可以直接进入老年代，最后不行的话再在 eden 区分配，如下图所示。

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图片来自网络

### 总结 ###

了解完栈上分配、TLAB、PLAB 之后，我们基本上可以清晰地回答如下问题。

**什么是栈上分配，它解决什么问题？**

栈上分配指的是对象直接在线程栈帧中进行分配，而不在堆中分配。它主要是为了解决多线程对象分配的低效问题，通过在栈上分配内存，避免了多线程之间的冲突，提高了对象的分配效率。但要注意的是，其只能分配较小对象，并且该对象必须不被其他对象线程引用。

**什么是 TLAB，它解决什么问题？**

TLAB 指的是线程本地分配缓存，其对应 Eden 区的某个区域，但这块区域只可以被该线程使用。

**栈上分配和 TLAB 有啥区别？**

TLAB 可以理解成是栈上分配的升级版本。栈上分配的对象只能被线程本身访问，但 TLAB 的对象可以被其他对象读取，但应该无法操作。通过 TLAB，它解决了部分需要多线程访问的对象分配效率问题，进一步提升了 JVM 的对象分配效率。

**什么是 PLAB，它解决了什么问题？**

PLAB 是为了在对象晋升到 Survivor 区或老年代的时候，提升对象的分配效率。其优化思路与 TLAB 类似，只是应用的地方不同。

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