G1垃圾收集器之对象分配过程

简书 占小狼
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G1的年轻代由eden region 和 survivor region 两部分组成，新建的对象（除了巨型对象）大部分都在eden region中分配内存，如果分配失败，说明eden region已经被全部占满，这时会触发一次young gc，回收eden region的垃圾对象，释放空间，满足当前的分配需求。

小对象

G1默认启用了UseTLAB优化，创建对象（小对象）时，优先从TLAB中分配内存，如果分配失败，说明当前TLAB的剩余空间不满足分配需求，则调用allocate_new_tlab方法重新申请一块TLAB空间，之前都是从eden区分配，G1需要从eden region中分配，不过也有可能TLAB的剩余空间还比较大，JVM不想就这么浪费掉这些内存，就会从eden region中分配内存。

allocate_new_tlab方法的实现：

这只是TLAB申请入口，真正的实现位于attempt_allocation方法中，优先尝试在当前的region分配。

attempt_allocation方法的实现：

其中_mutator_alloc_region在实现上继承自G1Allocregion，内部持有一个引用_alloc_region，指向当前正活跃的eden region，可以看成是该region的管理器，其attempt_allocation方法负责在该region中分配内存。

G1Allocregion::attempt_allocation方法的实现：

每个region内部管理着一块逻辑连续的地址空间，在并发情况下，采用指针碰撞方式进行内存分配，避免了效率低下的加锁操作。

指针碰撞实现原理：

如果上述分配动作返回NULL，说明当前该region空间不足，导致分配失败，继而调用attempt_allocation_slow方法，执行慢路径进行分配。

慢路径的实现如下：

慢路径的逻辑主要是申请一个新的region，不过可能存在多个线程同时申请，所以在申请动作发生之前，需要进行加锁操作，由于调用层级比较多，暂时忽略中间步骤，分析最终实现。

G1CollectedHeap::new_mutator_alloc_region方法实现：

其中force为false，is_young_list_full方法判断当前young_list中的region数是否已经超过阈值_young_list_target_length，实现如下：

bool is_young_list_full() {
    uint young_list_length = _g1->young_list()->length();
    uint young_list_target_length = _young_list_target_length;
    return young_list_length >= young_list_target_length;
  }

其中_young_list_target_length，在gc之后会重新计算得到一个合理的值，如果当前young region的数量还没达到阈值，则可以通过new_region()方法获取一个新的region，否则返回NULL。

如果返回NULL，说明没有申请到一个新的region，接下去还会判断GC_locker的状态，如果GC_locker::is_active_and_needs_gc()，说明很快会有一个gc操作，并且region list还有扩大的可能（region list的大小还没有达到_young_list_max_length），则可以执行_mutator_alloc_region.attempt_allocation_force强制申请一个新的region，但是强制申请也是有可能失败的（整个堆内存耗尽，不过这种情况很少出现）

如果都失败的话，这个时候确实需要来一发gc治疗一下了

这次gc和后续的大对象分配失败触发的gc过程是一样的。

大对象

前面描述的小对象的内存分配过程，如果当前分配的是大对象，由于在TLAB中放不下，这时只能走G1CollectedHeap::mem_allocate()逻辑进行分配：

判断当前分配的大小是否满足巨型对象（超过region大小的一半），如果不是巨型对象，则通过attempt_allocation()的碰撞指针方式进行分配。

如果是巨型对象，则执行attempt_allocation_humongous()方法进行分配，在申请内存之前，会进行MutexLockerEx x(Heap_lock)加锁操作，根据所分配的大小计算出至少需要多少个连续的region。

1、如果只需要一个region，通过new_region()直接返回一个可用的region即可。
2、如果需要多个region，则从空闲可用的region列表中找到多个连续的region，并返回第一个region的序号。
3、如果不存在这么多个连续的region，则会扩大堆内存，尝试再次分配。
4、如果扩大堆内存还是不够（一般情况是够的，因为是按需要的大小进行扩大，除非可扩大容量已经很小了），有可能会触发一次gc操作。

巨型对象分配失败之后：

根据当前的GC_locker的状态，决定是否执行本次gc

如果需要，则执行do_collection_pause方法触发一次gc动作

这里触发的gc是VM_G1IncCollectionPause，具体的gc过程，在后续文章继续进行分析，等完成之后，再次尝试分配