Java非阻塞内存分配

Question

我在某个地方读到，Java可以在大约12条机器指令内为对象分配内存。这对我来说非常令人印象深刻。据我所知，JVM使用的一个技巧之一是提前分配内存块。这有助于最小化向操作系统发出的请求数量，而这可能是相当昂贵的。但即使CAS操作也可能在现代处理器上耗费多达150个周期。

因此，有人能解释一下Java内存分配的真正成本以及JVM使用哪些技巧加快分配速度吗？

- Denis Bazhenov

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一个典型的JVM只会使用操作系统来向堆添加额外的内存。大部分时间它都在重复利用已有的内存。 - Tom Hawtin - tackline

Answer 1

JVM 为每个线程预先分配一片内存区域，即线程本地区域 (TLA 或 Thread Local Area)。 当一个线程需要分配内存时，它会在该区域内使用 "Bump the pointer allocation" 策略（如果“空闲指针”指向地址 10，而要分配的对象大小为 50，则我们只需将空闲指针增加到 60，并告诉线程可以使用地址 10 到 59 之间的内存来存储该对象）。

- Tnilsson

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非常感谢。这正是我一直在寻找的东西，但不知道如何向谷歌提问。:) 但有趣的是...我唯一发现关于TLA的信息是在Oracle JRock JVM中（标志-XXtlaSize）。Sun JVM中是否存在此功能？ - Denis Bazhenov

Sun公司的术语是Thread Local Allocation Buffer，TLA代表Translation Look-Aside缓冲区（怪IBM），并指的是硬件高速缓存映射。 - Tom Hawtin - tackline

没错，我已经找到了相关信息。谢谢。顺便说一下，我猜测翻译后的缩写应该是 TLB :) http://en.wikipedia.org/wiki/Translation_lookaside_buffer - Denis Bazhenov

Answer 2

最好的技巧是分代垃圾回收器。它保持堆不被碎片化，因此分配内存只需增加指向空闲空间的指针并返回旧值。如果内存用尽，垃圾回收会复制对象并以此创建一个新的未碎片化的堆。

由于不同线程必须在指向空闲内存的指针上进行同步，如果增加它们将预先分配块。因此，线程可以分配新的内存，而无需锁定。

所有这些都在此处更详细地解释：http://java.sun.com/javase/technologies/hotspot/gc/gc_tuning_6.html

- Mnementh

Answer 3

JVM没有单一的内存分配器。据我所知，Sun的JVM和IBM的内存管理不同。然而，通常JVM的操作方式是首先分配一个内存段，这个段足够小，可以存储在处理器的缓存中，从而使得对它的所有访问非常快速。

随着应用程序创建对象，对象将从该段内存中占用空间。在该段内分配对象的方法只是指针算术运算。

最初，对新生成段进行偏移地址计算时，偏移量为零。第一个分配的对象将拥有一个“地址”（实际上是一个偏移量），其值为零。当你分配对象时，内存管理器将会知道对象的大小，在该段内分配相应大小的空间（比如16字节），然后通过增加“偏移地址”，让内存分配快得惊人，只需要进行指针算术运算。

Sun在这里提供了白皮书：JavaHotSpot™虚拟机中的内存管理，而IBM曾在ibm.com/developerworks上提供过一些内容。

- Kevin Jones