JVM G1 源码分析（二）- 对象的堆空间分配

1. 简介

当开发者使用JAVA语言实例化一个对象时，排除JIT的标量替换等优化手段，该对象会在JAVA Heap上分配存储空间。

分配空间时，为了提高JVM的运行效率，应当尽量减少临界区范围，避免全局锁。G1的通常的应用场景中，会存在大量的Mutator同时执行，为减少锁冲突，引入了TLAB（线程本地分配缓冲区 Thread Local Allocation Buffer）机制。

G1支持基于TLAB的快速分配，当TLAB快速分配失败时，使用TLAB外慢速分配。

2. 分配流程

空间分配的入口在instanceKlass.cpp

instanceOop InstanceKlass::allocate_instance(TRAPS) {
  bool has_finalizer_flag = has_finalizer(); // Query before possible GC
  int size = size_helper();  // Query before forming handle.

  instanceOop i;

  i = (instanceOop)Universe::heap()->obj_allocate(this, size, CHECK_NULL);
  if (has_finalizer_flag && !RegisterFinalizersAtInit) {
    i = register_finalizer(i, CHECK_NULL);
  }
  return i;
}

• 判断是否重写了finalize方法，如是，则注册finalizer
• 调用CollectedHeap::obj_allocate分配

collectedHeap.cpp

oop CollectedHeap::obj_allocate(Klass* klass, int size, TRAPS) {
  ObjAllocator allocator(klass, size, THREAD);
  return allocator.allocate();
}

• 调用ObjAllocator::allocate分配

memAllocator.cpp

HeapWord* MemAllocator::mem_allocate(Allocation& allocation) const {
  if (UseTLAB) {
    HeapWord* result = allocate_inside_tlab(allocation);
    if (result != NULL) {
      return result;
    }
  }

  return allocate_outside_tlab(allocation);
}

• 如果开启了UseTLAB选项，则先尝试在TLAB中分配；JVM参数-XX:+UseTLAB、-XX:-UseTLAB开启或关闭TLAB
• 如果TLAB分配失败，则在TLAB外分配

对象堆空间分配的流程图如下：

3. TLAB分配

Eden区域是所有线程都可以访问的区域，为了快速分配内存，TLAB机制是通过给每个线程分配一个线程独享的缓冲区来减少锁的。

TLAB位于Eden区域中，所有的TLAB对于其他线程都是可见的，但是只有本地线程可以在其TLAB中分配空间。

另外，TLAB分配时，为了线程安全仍然需要加锁。

memAllocator.cpp

HeapWord* MemAllocator::allocate_inside_tlab(Allocation& allocation) const {
  assert(UseTLAB, "should use UseTLAB");

  // Try allocating from an existing TLAB.
  HeapWord* mem = _thread->tlab().allocate(_word_size);
  if (mem != NULL) {
    return mem;
  }

  // Try refilling the TLAB and allocating the object in it.
  return allocate_inside_tlab_slow(allocation);
}

• 在已有的TLAB中分配，逻辑较为简单，调用本地线程的tlab的allocate方法
• 如果在已有的TLAB中分配失败，则调用allocate_inside_tlab_slow，执行TLAB慢分配

threadLocalAllocBuffer.inline.hpp