新对象在JVM中如何分配的

2025-08-03

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新对象在 JVM 中的内存分配是一个多层级协作的过程，其核心流程如下（以主流的 分代收集算法 为例）：

一、分配流程总览

graph TD
    A[新对象创建] --> B{对象是否过大?}
    B -- 是 --> C[直接进入老年代]
    B -- 否 --> D{是否开启逃逸分析且可栈上分配?}
    D -- 是 --> E[栈上分配]
    D -- 否 --> F{是否在 TLAB 内分配?}
    F -- 是 --> G[TLAB 分配]
    F -- 否 --> H[共享 Eden 区分配]

二、关键步骤详解

1. 逃逸分析与栈上分配（优先尝试）

条件：
- 开启逃逸分析（-XX:+DoEscapeAnalysis，默认开启）
- 对象未逃出当前方法作用域（无外部引用）
分配位置：直接分配在 当前线程栈帧 上
优势：
- 自动随栈帧销毁回收（无GC压力）
- 无锁竞争（线程私有）

伪代码示例：

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void createLocalObj() {
    Object localObj = new Object();  // 未逃逸 → 栈上分配
}  // 方法结束，对象自动销毁

⚠️ 若对象逃逸（如作为返回值或赋值给静态变量），则跳过此步骤。

2. TLAB 快速分配（第二优先级）

TLAB 机制：
- 每个线程在 Eden 区 预先划出私有内存块（Thread Local Allocation Buffer）
- 大小通过 -XX:TLABSize 控制（默认自适应）

分配逻辑：

if (对象大小 <= TLAB剩余空间) {
    在TLAB内移动指针分配;  // 无锁操作（仅原子指针后移）
} else {
    尝试申请新TLAB或直接进入共享Eden区;
}

优势：避免多线程竞争锁（提升高并发下分配效率）

3. 共享 Eden 区分配（常规路径）

流程：
1. 若对象大小未超过 -XX:PretenureSizeThreshold（默认0），进入新生代 Eden 区
2. 通过 指针碰撞（Bump The Pointer） 或 空闲列表（Free List） 分配：
  - 指针碰撞（堆内存规整时）：
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    addr = eden_top; // 获取当前Eden顶部地址
    eden_top += obj_size; // 指针后移（CAS操作保证原子性）
  - 空闲列表（内存不规整时）：从空闲内存块链表中查找足够空间
3. 若 Eden 区空间不足，触发 Minor GC（年轻代垃圾回收）

4. 大对象直接入老年代（避免复制开销）

条件：
- 对象大小 ≥ -XX:PretenureSizeThreshold（默认0，需手动设置如 -XX:PretenureSizeThreshold=4M）
- 或对象为巨型数组（JVM 自动判断）
分配位置：直接在 老年代 分配
原因：避免大对象在 Eden 区及 Survivor 区频繁复制带来的性能损耗

三、底层技术支撑

技术	作用	相关参数
逃逸分析	决定能否栈上分配	`-XX:+DoEscapeAnalysis`
TLAB	线程私有分配缓冲区减少锁竞争	`-XX:+UseTLAB`, `-XX:TLABSize`
指针碰撞	快速分配连续内存（需内存规整）	`-XX:+UseCompactAtFullCollection`
空闲列表	管理碎片化内存（CMS收集器常用）	`-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection`
大对象阈值	直接进入老年代	`-XX:PretenureSizeThreshold`

四、对象分配流程图解

graph LR
    A[新对象] --> B{是否可逃逸分析?}
    B -- 是 --> C[栈上分配]         
    B -- 否 --> D{是否大对象?}
    D -- 是 --> E[老年代分配]        
    D -- 否 --> F{TLAB空间足够?}
    F -- 是 --> G[TLAB分配]         
    F -- 否 --> H[共享Eden区分配]   
    H -- 空间不足 --> I[触发Minor GC] 
    I -- GC后空间足够 --> J[分配成功] 
    I -- GC后空间不足 --> K{老年代空间担保?}  
    K -- 担保成功 --> I[执行Minor GC]  
    K -- 担保失败 --> L[触发Full GC] 
    L -- GC后空间足够 --> H 
    L -- GC后仍不足 --> M[OOM]

五、关键注意事项

TLAB 并非完全无锁：
- 当 TLAB 用尽时仍需竞争共享区的锁（通过 -XX:TLABWasteTargetPercent 调节浪费比例）
堆内存规整性依赖 GC 器：
- Serial/ParNew 等用 标记-复制 算法 → 内存规整 → 支持指针碰撞
- CMS 用 标记-清除 → 内存碎片 → 需空闲列表
空间分配担保风险：
- Full GC 后仍无法分配 → OutOfMemoryError: Java heap space

💡 调优建议：在高并发应用中，通过 -XX:TLABSize 增大 TLAB 可显著提升分配效率，同时监控 -XX:+PrintTLAB 日志优化浪费阈值。

空间分配担保

空间分配担保（Promotion Handling） 是 JVM 在 Minor GC 触发前，为确保存活对象能安全进入老年代而设计的 风险评估机制。其核心目的是在年轻代空间不足时，通过老年代的空间兜底来避免频繁 Full GC。

一、核心流程与规则

当发生 Minor GC 前，JVM 会执行如下判断：

graph LR
    A[触发 Minor GC] --> B{检查老年代连续空间大小}
    B -- 是否 ≥ 新生代对象总大小? --> C{是}
    B -- 否 --> D[强制 Full GC]
    C -- 是 --> E[执行 Minor GC]
    E -- GC后存活对象大小 > Survivor区容量 --> F[提前晋升至老年代]
    E -- GC后存活对象大小 ≤ Survivor区容量 --> G[正常进入 Survivor]

📌 关键阈值：
担保成功需满足：老年代连续可用空间 ≥ 新生代所有对象总大小
（若开启 -XX:HandlePromotionFailure=true，则放宽为 ≥ 历次晋升老年代的平均大小）

二、三个核心阶段详解

阶段 1：GC 前风险检查

检查条件：
Minor GC 前发现 Eden + From Survivor 区空间不足
评估标准：
判断老年代是否 有能力容纳以下两者的最大值：
1. 当前新生代所有存活对象（若全晋升）
2. 历史平均晋升大小（若开启 HandlePromotionFailure）
决策逻辑：
- 若老年代空间足够 → 允许进行 Minor GC
- 若老年代空间不足 → 直接触发 Full GC（避免 Minor GC 失败）

⚠️ 注：JDK 7+ 默认忽略 HandlePromotionFailure 参数（始终做严格检查）

阶段 2：Minor GC 执行

存活对象分配策略：
- 若存活对象 ≤ Survivor 区容量 → 进入 Survivor 区（年龄+1）
- 若存活对象 > Survivor 区容量 → 提前晋升至老年代

阶段 3：担保失败处理

若 Minor GC 后发现存活对象太多 → 老年代实际空间不足 → 触发 Full GC
（最坏场景：Full GC 后仍不足 → OOM: Java heap space）

三、参数与调优

参数	作用	默认值
`-XX:HandlePromotionFailure`	是否允许根据历史记录放宽担保条件（JDK6用，7+废弃）	`true` (JDK6)
`-XX:MaxTenuringThreshold`	对象最大晋升年龄（超过直接进老年代）	`15`
`-XX:SurvivorRatio`	Eden 与 Survivor 区比例（如 `8` 表示 Eden:Survivor=8:1）	`8`

四、空间分配担保的意义

避免无效 Minor GC
若老年代无法兜底存活对象，提前触发 Full GC 比 Minor GC 失败再 Full GC 更高效
减少 Full GC 频率
担保成功后 Minor GC 可安全执行，避免直接 Full GC
防止过早 OOM
严格检查确保存活对象有去向（若完全不担保，Minor GC 后存活对象无处存放直接 OOM）

五、调优建议

监控老年代空闲比例
确保老年代剩余空间 > 新生代总容量 × 1.2（安全余量）
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jstat -gcutil <pid> 1000 # 监控 Old 区利用率
调整 Survivor 区容量
增大 -XX:SurvivorRatio 或使用 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy（默认启用）
控制对象晋升速率
- 降低 -XX:MaxTenuringThreshold（减少对象在年轻代停留）
- 排查内存泄漏（避免过多本应回收的对象进入老年代）

💡 关键原则：空间分配担保是 JVM 的自救策略，但根治方案仍是 合理分配堆大小 与 优化代码内存占用。