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 Java作為一種面向?qū)ο蟮?，跨平臺語言，其對象、內(nèi)存等一直是比較難的知識點(diǎn)，所以，即使是一個Java的初學(xué)者，也一定或多或少的對JVM有一些了解?？梢哉f，關(guān)于JVM的相關(guān)知識，基本是每個Java開發(fā)者必學(xué)的知識點(diǎn)，也是面試的時候必考的知識點(diǎn)。

在JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)中，比較常見的兩個區(qū)域就是堆內(nèi)存和棧內(nèi)存(如無特指，本文提到的棧均指的是虛擬機(jī)棧)，關(guān)于堆和棧的區(qū)別，很多開發(fā)者也是如數(shù)家珍，有很多書籍，或者網(wǎng)上的文章大概都是這樣介紹的：

1、堆是線程共享的內(nèi)存區(qū)域，棧是線程獨(dú)享的內(nèi)存區(qū)域。

2、堆中主要存放對象實(shí)例，棧中主要存放各種基本數(shù)據(jù)類型、對象的引用。

但是，作者可以很負(fù)責(zé)任的告訴大家，以上兩個結(jié)論均不是完全正確的。

本文首先帶大家了解一下為什么我會說“堆是線程共享的內(nèi)存區(qū)域，棧是線程獨(dú)享的內(nèi)存區(qū)域。”這句話并不完全正確!?關(guān)于JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，大家可以閱讀JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu) VS Java內(nèi)存模型 VS Java對象模型、萬萬沒想到，JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)的面試題可以問的這么難?等文章。

在開始進(jìn)入正題之前，請允許我問一個和這個問題看似沒有任何關(guān)系的問題：Java對象的內(nèi)存分配過程是如何保證線程安全的?

Java對象的內(nèi)存分配過程是如何保證線程安全的?

我們知道，Java是一門面向?qū)ο蟮恼Z言，我們在Java中使用的對象都需要被創(chuàng)建出來，在Java中，創(chuàng)建一個對象的方法有很多種，但是無論如何，對象在創(chuàng)建過程中，都需要進(jìn)行內(nèi)存分配。

對象的內(nèi)存分配過程中，主要是對象的引用指向這個內(nèi)存區(qū)域，然后進(jìn)行初始化操作。

但是，因?yàn)槎咽侨止蚕淼?，因此在同一時間，可能有多個線程在堆上申請空間，那么，在并發(fā)場景中，如果兩個線程先后把對象引用指向了同一個內(nèi)存區(qū)域，怎么辦。

為了解決這個并發(fā)問題，對象的內(nèi)存分配過程就必須進(jìn)行同步控制。但是我們都知道，無論是使用哪種同步方案(實(shí)際上虛擬機(jī)使用的可能是CAS)，都會影響內(nèi)存的分配效率。

而Java對象的分配是Java中的高頻操作，所有，人們想到另外一個辦法來提升效率。這里我們重點(diǎn)說一個HotSpot虛擬機(jī)的方案：

每個線程在Java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，然后再給對象分配內(nèi)存的時候，直接在自己這塊”私有”內(nèi)存中分配，當(dāng)這部分區(qū)域用完之后，再分配新的”私有”內(nèi)存。

這種方案被稱之為TLAB分配，即Thread Local Allocation Buffer。這部分Buffer是從堆中劃分出來的，但是是本地線程獨(dú)享的。

什么是TLAB

TLAB是虛擬機(jī)在堆內(nèi)存的eden劃分出來的一塊專用空間，是線程專屬的。在虛擬機(jī)的TLAB功能啟動的情況下，在線程初始化時，虛擬機(jī)會為每個線程分配一塊TLAB空間，只給當(dāng)前線程使用，這樣每個線程都單獨(dú)擁有一個空間，如果需要分配內(nèi)存，就在自己的空間上分配，這樣就不存在競爭的情況，可以大大提升分配效率。

注意到上面的描述中"線程專屬"、"只給當(dāng)前線程使用"、"每個線程單獨(dú)擁有"的描述了嗎?

所以說，因?yàn)橛辛薚LAB技術(shù)，堆內(nèi)存并不是完完全全的線程共享，其eden區(qū)域中還是有一部分空間是分配給線程獨(dú)享的。

這里值得注意的是，我們說TLAB是線程獨(dú)享的，但是只是在“分配”這個動作上是線程獨(dú)享的，至于在讀取、垃圾回收等動作上都是線程共享的。而且在使用上也沒有什么區(qū)別。

也就是說，雖然每個線程在初始化時都會去堆內(nèi)存中申請一塊TLAB，并不是說這個TLAB區(qū)域的內(nèi)存其他線程就完全無法訪問了，其他線程的讀取還是可以的，只不過無法在這個區(qū)域中分配內(nèi)存而已。

并且，在TLAB分配之后，并不影響對象的移動和回收，也就是說，雖然對象剛開始可能通過TLAB分配內(nèi)存，存放在Eden區(qū)，但是還是會被垃圾回收或者被移到Survivor Space、Old Gen等。

還有一點(diǎn)需要注意的是，我們說TLAB是在eden區(qū)分配的，因?yàn)閑den區(qū)域本身就不太大，而且TLAB空間的內(nèi)存也非常小，默認(rèn)情況下僅占有整個Eden空間的1%。所以，必然存在一些大對象是無法在TLAB直接分配。

遇到TLAB中無法分配的大對象，對象還是可能在eden區(qū)或者老年代等進(jìn)行分配的，但是這種分配就需要進(jìn)行同步控制，這也是為什么我們經(jīng)常說：小的對象比大的對象分配起來更加高效。

TLAB帶來的問題

雖然在一定程度上，TLAB大大的提升了對象的分配速度，但是TLAB并不是就沒有任何問題的。

前面我們說過，因?yàn)門LAB內(nèi)存區(qū)域并不是很大，所以，有可能會經(jīng)常出現(xiàn)不夠的情況。在《實(shí)戰(zhàn)Java虛擬機(jī)》中有這樣一個例子：

比如一個線程的TLAB空間有100KB，其中已經(jīng)使用了80KB，當(dāng)需要再分配一個30KB的對象時，就無法直接在TLAB中分配，遇到這種情況時，有兩種處理方案：

1、如果一個對象需要的空間大小超過TLAB中剩余的空間大小，則直接在堆內(nèi)存中對該對象進(jìn)行內(nèi)存分配。

2、如果一個對象需要的空間大小超過TLAB中剩余的空間大小，則廢棄當(dāng)前TLAB，重新申請TLAB空間再次進(jìn)行內(nèi)存分配。

以上兩個方案各有利弊，如果采用方案1，那么就可能存在著一種極端情況，就是TLAB只剩下1KB，就會導(dǎo)致后續(xù)需要分配的大多數(shù)對象都需要在堆內(nèi)存直接分配。

如果采用方案2，也有可能存在頻繁廢棄TLAB，頻繁申請TLAB的情況，而我們知道，雖然在TLAB上分配內(nèi)存是線程獨(dú)享的，但是TLAB內(nèi)存自己從堆中劃分出來的過程確實(shí)可能存在沖突的，所以，TLAB的分配過程其實(shí)也是需要并發(fā)控制的。而頻繁的TLAB分配就失去了使用TLAB的意義。

為了解決這兩個方案存在的問題，虛擬機(jī)定義了一個refill_waste的值，這個值可以翻譯為“最大浪費(fèi)空間”。

當(dāng)請求分配的內(nèi)存大于refill_waste的時候，會選擇在堆內(nèi)存中分配。若小于refill_waste值，則會廢棄當(dāng)前TLAB，重新創(chuàng)建TLAB進(jìn)行對象內(nèi)存分配。

前面的例子中，TLAB總空間100KB，使用了80KB，剩余20KB，如果設(shè)置的refill_waste的值為25KB，那么如果新對象的內(nèi)存大于25KB，則直接堆內(nèi)存分配，如果小于25KB，則會廢棄掉之前的那個TLAB，重新分配一個TLAB空間，給新對象分配內(nèi)存。

TLAB使用的相關(guān)參數(shù)

TLAB功能是可以選擇開啟或者關(guān)閉的，可以通過設(shè)置-XX:+/-UseTLAB參數(shù)來指定是否開啟TLAB分配。

TLAB默認(rèn)是eden區(qū)的1%，可以通過選項(xiàng)-XX:TLABWasteTargetPercent設(shè)置TLAB空間所占用Eden空間的百分比大小。

默認(rèn)情況下，TLAB的空間會在運(yùn)行時不斷調(diào)整，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。如果需要禁用自動調(diào)整TLAB的大小，可以使用-XX:-ResizeTLAB來禁用，并且使用-XX：TLABSize來手工指定TLAB的大小。

TLAB的refill_waste也是可以調(diào)整的，默認(rèn)值為64，即表示使用約為1/64空間大小作為refill_waste，使用參數(shù)：-XX：TLABRefillWasteFraction來調(diào)整。

如果想要觀察TLAB的使用情況，可以使用參數(shù)-XX+PringTLAB 進(jìn)行跟蹤。

總結(jié)

為了保證對象的內(nèi)存分配過程中的線程安全性，HotSpot虛擬機(jī)提供了一種叫做TLAB(Thread Local Allocation Buffer)的技術(shù)。

在線程初始化時，虛擬機(jī)會為每個線程分配一塊TLAB空間，只給當(dāng)前線程使用，當(dāng)需要分配內(nèi)存時，就在自己的空間上分配，這樣就不存在競爭的情況，可以大大提升分配效率。

所以，“堆是線程共享的內(nèi)存區(qū)域”這句話并不完全正確，因?yàn)門LAB是堆內(nèi)存的一部分，他在讀取上確實(shí)是線程共享的，但是在內(nèi)存分配上，是線程獨(dú)享的。

TLAB的空間其實(shí)并不大，所以大對象還是可能需要在堆內(nèi)存中直接分配。那么，對象的內(nèi)存分配步驟就是先嘗試TLAB分配，空間不足之后，再判斷是否應(yīng)該直接進(jìn)入老年代，然后再確定是再eden分配還是在老年代分配。

多說幾句

相信一部分看完這篇文章之后，可能會覺得作者有點(diǎn)過于“咬文嚼字”、“吹毛求疵”了。可能不乏有些性子急的人只看了開頭就直接翻到文末準(zhǔn)備開懟了。

不管你認(rèn)不認(rèn)同作者說的：“堆是線程共享的內(nèi)存區(qū)域這句話并不完全正確”。這其實(shí)都不重要，重要的是當(dāng)提到堆內(nèi)存、提到線程共享、提到對象內(nèi)存分配的時候，你可以想到還有個TLAB是比較特殊的，就可以了。

有些時候，最可怕的不是自己不知道，而是，不知道自己不知道。

還有就是，TLAB只是HotSpot虛擬機(jī)的一個優(yōu)化方案，Java虛擬機(jī)規(guī)范中也沒有關(guān)于TLAB的任何規(guī)定。所以，不代表所有的虛擬機(jī)都有這個特性。

本文的概述都是基于HotSpot虛擬機(jī)的，作者也不是故意“以偏概全”，而是因?yàn)镠otSpot虛擬機(jī)是目前最流行的虛擬機(jī)了，大多數(shù)默認(rèn)情況下，我們討論的時候也都是基于HotSpot的。

哎，每次寫一些技術(shù)文章，都會有很多人噴，噴的角度也都是千奇百怪，所以只好多說幾句找補(bǔ)找補(bǔ)了。Anyway，任何形式的討論還是歡迎的，因?yàn)榧词故菄?，也未必有對?