JVM如何确保新对象的内存分配的线程安全性

Question

假设这将在一个真正的并行环境中同时在一个VM上发生：

// Thread 1:
  new Cat()

// Thread 2:
  new Dog()

// Thread 3:
  new Mouse()

JVM如何确保堆上内存分配的线程安全性？

堆是所有线程的一个，它有自己的内部数据。

为简单起见，假设一个简单的压缩垃圾收集器实现-XX：+ UseSerialGC -XX：+
UseParallelGC，带有简单的增量指针，用于标记Eden（堆）中的可用空间的开始和一个连续的可用空间。

当为 Cat ， Dog 和 Mouse 实例分配堆空间时，线程之间必须存在某种同步，否则它们最终很容易彼此覆盖。这是否意味着每个 新
运算符都隐藏在某些同步块中？这样，许多“无锁”算法实际上并不是完全无锁的；）

我假定内存分配是由应用程序线程本身同步进行的，而不是由另一个专用线程进行的。

我知道TLAB或线程本地分配缓冲区。它们允许线程在Eden中具有单独的内存区域以进行分配，因此不需要同步。但是我不确定是否默认设置了TLAB，它在某种程度上是非常模糊的HotSpot功能。注意：请勿混淆TLAB和ThreadLocal变量！

我还假设，对于更复杂的垃圾收集器（例如G1）或非紧凑型垃圾收集器，必须维护更复杂的堆结构数据，例如CMS的可用块列表，因此需要更多的同步。

更新 ：请让我澄清一下。对于有和没有活动TLAB的HotSpot JVM实现及其变体，我都接受答案。

更新 ：根据我的快速测试，
默认情况下 ，在我的64位JDK 7上，串行，并行和CMS垃圾收集器的 TLAB设置为ON ，但对于G1 GC则没有。

Answer 1

1. TLAB。最快，最频繁的方式。

TLAB是伊甸园中保留给线程本地分配的区域。每个线程可以创建许多TLAB：一旦一个线程被填充，就会使用＃2中描述的技术创建一个新的TLAB。即，创建新的TLAB就像在Eden中直接分配大型元对象。

每个Java线程都有两个指针：tlab_top和tlab_limit。TLAB中的分配只是指针增量。由于指针是线程本地的，因此不需要同步。

if (tlab_top + object_size <= tlab_limit) {
    new_object_address = tlab_top;
    tlab_top += object_size;
}

-XX:+UseTLAB默认情况下启用。如果将其关闭，则对象将在Eden中分配，如下所述。

2.在伊甸园（年轻一代）的分配。

如果TLAB中没有足够的空间用于新对象，则创建新的TLAB或直接在Eden中分配对象（取决于TLAB废物限制和其他人体工程学参数）。

在Eden中的分配类似于在TLAB中的分配。还有两个指针：eden_top和eden_end，它们对于整个JVM是全局的。分配也是指针增量，但是由于所有线程之间都共享Eden空间，因此使用原子操作。通过使用特定于体系结构的原子指令来实现线程安全：CAS（例如，LOCK CMPXCHG在x86上）或LL / SC（在ARM上）。

3.在老一代中分配。

这取决于GC算法，例如CMS使用空闲列表。老一代中的分配通常仅由垃圾收集器本身执行，因此它知道如何同步自己的线程（通常与分配缓冲区，无锁原子操作和互斥锁的混合）。