面试官问我：你确定JVM堆内存是共享的？-轻识

前言

这应该是大鱼写的RocketMQ的第5篇文章了，之前四篇分别是

我们在之前一篇关于JVM内存结构中，介绍了两个比较常见的区域是堆内存和栈内存，堆和栈的区别，大家应该也听得耳朵都出茧子了

堆是线程共享的内存区域，栈是线程独享的内存区域；堆中主要存放的是对象实例，栈中存放的是各种基本数据类型和对象的引用

但是呢，大鱼前几天去面试，面试官也问了我这个问题，而且没有就此罢休，而是问了我很多平时遇不到的问题，不过好在大鱼我曾经在看某一技术博主的文章的时候，跟着多学习了下

Java堆的区域都是线程共享的吗？

当你听到这个问题的时候，你首先想到的是什么呢？

let me tell you

面试官其实问这个的时候就是在看你对堆的了解程度，你只知道是用来放对象实例的，那面试官对你表现觉得不算非常满意；但是如果你知道TLAB，并且知道它的原理和问题，那面试官就会觉得：这小伙子不一般，我得再多深入了解了解，可以考虑当我的好助手

首先，你得肯定回答，没错，堆是全局共享的，但是会存在一些问题

就是多个线程在堆上同时申请空间，如果在并发的场景中，两个线程先后把对象引用指向了同一个内存区域，那可能就会出现问题；为了解决这个问题呢，就得进行同步控制，说到同步控制，就会影响到效率

就拿Hotspot来举例子，它的解决方案是每个线程在堆中都预先分配一小块内存，然后再给对象分配内存的时候，先在这块“私有内存”进行分配，这块用完之后再去分配新的“私有内存”，这就是TLAB分配

你也看到了，我加引号了，它并不是真正意义上的私有，而是表面上的私有

它是从堆内存划分出来的，有了TLAB技术，堆内存并不是完完全全的线程共享，每个线程在初始化的时候都会去内存中申请一块TLAB

切记：并不是TLAB区域的内存其它线程完全无法访问，其它线程也是可以读取的，只不过无法在这个区域分配内存而已

说到这的时候，也给面试官一个眼神，说明我的干货还没完，我还能继续吹

难道TLAB很完美吗？所谓，金无足赤人无完人，肯定有他的问题所在

我们知道TLAB是线程特有的，它的内存区域不是很大，所以会出现一些不够用的情况，比如一个线程的TLAB的空间有100KB，其中已经使用了80KB，如果还需要再分配一个30KB的对象，则无法直接在TLAB上分配了，这种情况有两种解决办法

直接在堆中分配
废弃当前TLAB，重新申请TLAB空间再次进行内存分配

其实这两种方案各有利弊

第一种的缺点就是存在一种极端情况，TLAB只剩下1KB，就会导致后续的分配可能大多数对象都需要直接在堆中分配；第二种的就是可能会出现频繁的废弃TLAB、频繁申请TLAB的情况

为了解决这两个方案存在的问题，虚拟机定义了一个refill_waste的值，这个值可以翻译为“最大浪费空间”

当请求分配的内存大于refill_waste的时候，会选择在堆内存中分配。若小于refill_waste值，则会废弃当前TLAB，重新创建TLAB进行对象内存分配

那你刚刚说的，几乎所有对象实例都存储在这里，是还有例外吗？能详细解释下吗？

是的，亲爱的面试官，Java对象实例和数组元素不一定都是在堆上分配内存，满足特定的条件的时候，它们可以在栈上分配内存

面试官微微一笑，那这是什么情况呢？

亲爱的面试官，是这样子的，JVM中的Java JIT编译器有两个优化，叫做逃逸分析和标量替换；

逃逸分析，听着有点意思，逃，谁逃，什么时候逃，往哪里逃？

中文维基上对逃逸分析的描述挺准确的，摘录如下：

在编译程序优化理论中，逃逸分析是一种确定指针动态范围的方法——分析在程序的哪些地方可以访问到指针。当一个变量（或对象）在子程序中被分配时，一个指向变量的指针可能逃逸到其它执行线程中，或是返回到调用者子程序。

大鱼白话文版本：

一个子程序分配了一个对象并且返回了该对象的指针，那么这个对象在整个程序中被访问的地方无法确定，任何调用这个子程序的都可以拿到这个对象的位置，并且调用这个对象，遂，对象逃之；

若指针存储在全局变量或者其它数据结构中，全局变量也可以在子程序之外被访问到，遂，对象逃之；

若未逃之，则可将方法变量和对象分配到栈上，方法执行完之后自动销毁，不需要垃圾回收的介入，提高系统的性能

简洁版：

逃逸分析通过分析对象引用的作用域，来决定对象的分配地方（堆 or 栈）

我们一起来看个例子

public StringBuilder getBuilder1(String a, String b) {
    StringBuilder builder = new StringBuilder(a);
    builder.append(b);
    // builder通过方法返回值逃逸到外部
    return builder;
}
public String getBuilder2(String a, String b) {
    StringBuilder builder = new StringBuilder(a);
    builder.append(b);
    // builder范围维持在方法内部，未逃逸
    return builder.toString();
}

getBuilder1中的builder对象会通过方法返回值逃逸到方法的外部，而反观getBuilder2中的builder对象则不会溢出去，作用域只会在方法内部，toString方法会new一个String用来返回，所以没有逃逸

如果把堆内存限制得小一点（比如加上-Xms10m -Xmx10m），关闭逃逸分析还会造成频繁的GC，开启逃逸分析就没有这种情况，说明逃逸分析确实降低了堆内存的压力

逃逸分析了之后，就可以直接降低堆内存的压力吗？（你刚刚说的那个标量替换是什么）

但是，逃逸分析只是栈上内存分配的前提，接下来还需要进行标量替换才能真正实现。标量替换用话不太好说明，直接来看例子吧，形象生动

public static void main(String[] args) throws Exception {
    long start = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        allocate();
    }
    System.out.println((System.currentTimeMillis() - start) + <span data-raw-text="" "="" data-textnode-index="156" data-index="3462" class="character">" ms<span data-raw-text="" "="" data-textnode-index="156" data-index="3466" class="character">");
    Thread.sleep(10000);
}
public static void allocate() {
    MyObject myObject = new MyObject(2019, 2019.0);
}
public static class MyObject {
    int a;
    double b;
    MyObject(int a, double b) {
        this.a = a;
        this.b = b;
    }
}

标量，就是指JVM中无法再细分的数据，比如int、long、reference等。相对地，能够再细分的数据叫做聚合量

Java虚拟机中的原始数据类型（int，long等数值类型以及reference类型等）都不能再进一步分解，它们就可以称为标量。相对的，如果一个数据可以继续分解，那它称为聚合量，Java中最典型的聚合量是对象

如果逃逸分析证明一个对象不会被外部访问，并且这个对象是可分解的，那程序真正执行的时候将可能不创建这个对象，而改为直接创建它的若干个被这个方法使用到的成员变量来代替。

拆散后的变量便可以被单独分析与优化，可以各自分别在栈帧或寄存器上分配空间，原本的对象就无需整体分配空间了

仍然考虑上面的例子，MyObject就是一个聚合量，因为它由两个标量a、b组成。通过逃逸分析，JVM会发现myObject没有逃逸出allocate()方法的作用域，标量替换过程就会将myObject直接拆解成a和b，也就是变成了：

static void allocate() {
    int a = 2019;
    double b = 2019.0;
}

可见，对象的分配完全被消灭了，而int、double都是基本数据类型，直接在栈上分配就可以了。所以，在对象不逃逸出作用域并且能够分解为纯标量表示时，对象就可以在栈上分配

除了这些之后，你还知道哪些优化吗？

emmm，先思索一下（即使知道，也要稍加思考！

除此之外，JVM还有一个同步消除（锁消除）:锁消除是Java虚拟机在JIT编译是，通过对运行上下文的扫描，去除不可能存在共享资源竞争的锁，通过锁消除，可以节省毫无意义的请求锁时间。

锁消除基于分析逃逸基础之上，开启锁消除必须开启逃逸分析

线程同步本身比较耗，如果确定一个对象不会逃逸出线程，无法被其它线程访问到，那该对象的读写就不会存在竞争，对这个变量的同步措施就可以消除掉。单线程中是没有锁竞争。（锁和锁块内的对象不会逃逸出线程就可以把这个同步块取消）

public synchronized String append(String str1, String str2) {
    StringBuffer sBuf = new StringBuffer();
    // append方法是同步操作
    sBuf.append(str1);
    sBuf.append(str2);
    return sBuf.toString();
}

从源码中可以看出，append方法用了synchronized关键词，它是线程安全的。但我们可能仅在线程内部把StringBuffer当作局部变量使用

这时我们可以通过编译器将其优化，将锁消除，前提是java必须运行在server模式，server模式会比client模式作更多的优化，同时必须开启逃逸分析

说一说刚刚说的这些的参数吗

我个乖乖兔，这我哪记得，不过得亏我昨天刚读了大鱼的文章，顺便学习了下

逃逸分析：-XX:+DoEscapeAnalysis开启逃逸分析（jdk1.8默认开启，其它版本未测试）；-XX:-DoEscapeAnalysis 关闭逃逸分析

同步消除：-XX:+EliminateLocks开启锁消除（jdk1.8默认开启，其它版本未测试）；-XX:-EliminateLocks 关闭锁消除

标量替换：-XX:+EliminateAllocations开启标量替换（jdk1.8默认开启，其它版本未测试）；-XX:-EliminateAllocations 关闭标量替换

好了，大鱼，今天面试暂时先到这里，明天下午继续来这里二面吧

好的，亲爱的面试官，今天和您聊得也很开心，我也收获颇多

我家里的小米粥也熬好了快，我就先拜拜了~

求赞

好了，以上就是全部内容了，我是小鱼仙，你们的学习成长小伙伴

我希望有一天能够靠写字养活自己，现在还在磨练，这个时间可能会有很多年，感谢你们做我最初的读者和传播者。请大家相信，只要给我一份爱，我终究会还你们一页情的。

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