源码分析:Java对象的内存分配

Java对象的分配,根据其过程,将其分为快速分配和慢速分配两种形式,其中快速分配使用无锁的指针碰撞技术在新生代的Eden区上进行分配,而慢速分配根据堆的实现方式、GC的实现方式、代的实现方式不同而具有不同的分配调用层次。
下面就以bytecodeInterpreter解释器对于new指令的解释出发,分析实例对象的内存分配过程:

 一、快速分配

  1.实例的创建首先需要知道该类型是否被加载和正确解析,根据字节码所指定的CONSTANT_Class_info常量池索引,获取对象的类型信息并调用is_unresovled_klass()验证该类是否被解析过,在创建类的实例之前,必须确保该类型已经被正确加载和解析。

CASE(_new): {
        u2 index = Bytes::get_Java_u2(pc+1);
        constantPoolOop constants = istate->method()->constants();
        if (!constants->tag_at(index).is_unresolved_klass()) {

  2.接下来获取该类型在虚拟机中的表示instanceKlass(具体可以参考前文实例探索Java对象的组织结构) 

oop entry = constants->slot_at(index).get_oop();
          assert(entry->is_klass(), "Should be resolved klass");
          klassOop k_entry = (klassOop) entry;
          assert(k_entry->klass_part()->oop_is_instance(), "Should be instanceKlass");
          instanceKlass* ik = (instanceKlass*) k_entry->klass_part();

  3.当类型已经被初始化并且可以被快速分配时,那么将根据UseTLAB来决定是否使用TLAB技术(Thread-Local Allocation Buffers,线程局部分配缓存技术)来将分配工作交由线程自行完成。TLAB是每个线程在Java堆中预先分配了一小块内存,当有对象创建请求内存分配时,就会在该块内存上进行分配,而不需要在Eden区通过同步控制进行内存分配。

if ( ik->is_initialized() && ik->can_be_fastpath_allocated() ) {
            size_t obj_size = ik->size_helper();
            oop result = NULL;
            // If the TLAB isn't pre-zeroed then we'll have to do it
            bool need_zero = !ZeroTLAB;
            if (UseTLAB) {
              result = (oop) THREAD->tlab().allocate(obj_size);
            }
            if (result == NULL) {
              need_zero = true;

  4.如果不使用TLAB或在TLAB上分配失败,则会尝试在堆的Eden区上进行分配。Universe::heap()返回虚拟机内存体系所使用的CollectedHeap,其top_addr()返回的是Eden区空闲块的起始地址变量_top的地址,end_addr()是Eden区空闲块的结束地址变量_end的地址。故这里compare_to是Eden区空闲块的起始地址,new_top为使用该块空闲块进行分配后新的空闲块起始地址。这里使用CAS操作进行空闲块的同步操作,即观察_top的预期值,若与compare_to相同,即没有其他线程操作该变量,则将new_top赋给_top真正成为新的空闲块起始地址值,这种分配技术叫做bump-the-pointer(指针碰撞技术)。

retry:
              HeapWord* compare_to = *Universe::heap()->top_addr();
              HeapWord* new_top = compare_to + obj_size;
              if (new_top <= *Universe::heap()->end_addr()) {
                if (Atomic::cmpxchg_ptr(new_top, Universe::heap()->top_addr(), compare_to) != compare_to) {
                  goto retry;
                }
                result = (oop) compare_to;
              }
            }

  5.根据是否需要填0选项,对分配空间的对象数据区进行填0

if (result != NULL) {
              // Initialize object (if nonzero size and need) and then the header
              if (need_zero ) {
                HeapWord* to_zero = (HeapWord*) result + sizeof(oopDesc) / oopSize;
                obj_size -= sizeof(oopDesc) / oopSize;
                if (obj_size > 0 ) {
                  memset(to_zero, 0, obj_size * HeapWordSize);
                }
              }

  6.根据是否使用偏向锁,设置对象头信息,然后设置对象的klassOop引用(这样对象本身就获取了获取类型数据的途径)

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