Java基礎之創(chuàng )建虛擬機對象的過(guò)程詳細總結

目錄

一、對象的創(chuàng )建

1.1 new 類(lèi)名

虛擬機遇到一條new指令時(shí)，首先檢查這個(gè)指令的參數是否能在常量池中定位到一個(gè)類(lèi)的符號引用，并檢查這個(gè)符號引用代表的類(lèi)是否已經(jīng)被加載、解析和初始化過(guò)。如果沒(méi)有，先執行相應的類(lèi)加載過(guò)程。

1.2 分配內存

虛擬機為新生對象分配內存。對象所需內存大小在類(lèi)加載完成后就可以確定，為對象分配內存等同于把一塊確定大小的內存從Java堆中劃分出來(lái)。

（1）內存分配的方式有兩種：

① 指針碰撞： java堆如果規整，一邊是用過(guò)的內存，一邊是空閑的內存，中間一個(gè)指針作為邊界指示器； 分配內存只需向空閑那邊移動(dòng)指針空出與對象大小相等的空間；

② 空閑列表： 如果不規整，即用過(guò)的和空閑的內存相互交錯；則虛擬機需要維護一個(gè)列表，記錄哪些內存可用；分配內存時(shí)查表找到一個(gè)足夠大的內存，并更新列表記錄。
選擇哪種分配方式是根據這個(gè)虛擬機所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定的：如果虛擬機的虛擬器帶壓縮整理功能，則系統采用指針碰撞的內存分配算法；否則采用空閑列表的算法。

（2）線(xiàn)程安全問(wèn)題

并發(fā)時(shí)，上面兩種方式分配內存的操作都不是線(xiàn)程安全的，有兩種解決方案：
① 同步處理
JVM采用CAS（Compare and Swap）機制加上失敗重試的方式，保證更新操作的原子性；
CAS：有3個(gè)操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時(shí)，將內存值V修改為B，否則什么都不做；
② 本地線(xiàn)程分配緩沖區（TLAB）
把分配內存的動(dòng)作按照線(xiàn)程劃分在不同的空間中進(jìn)行：每個(gè)線(xiàn)程在Java堆預先分配一小塊內存，稱(chēng)為本地線(xiàn)程分配緩沖區（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）；哪個(gè)線(xiàn)程需要分配內存就從哪個(gè)線(xiàn)程的TLAB上分配；只有TLAB用完需要分配新的TLAB時(shí)，才需要同步處理。
JVM通過(guò)"-XX：+/-UseTLAB"指定是否使用TLAB。

1.3 初始化零值

內存分配完之后，虛擬機需要將分配到的內存空間都初始化為零值。如果用TLAB，則在TLAB分配時(shí)進(jìn)行。這保證了程序中對象（及實(shí)例變量）不顯式初始賦零值，程序也能訪(fǎng)問(wèn)到零值。

1.4 設置對象信息

虛擬機對對象進(jìn)行必要的設置，例如這個(gè)對象是哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例、 如何才能找到類(lèi)的元數據信息、 對象的哈希碼、 對象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對象的對象頭（Object Header）之中。

1.5 構造對象

執行init方法，即按照程序員的意愿進(jìn)行初始化。至此真正可用的對象才算完全被構造出來(lái)。

二、對象的內存布局

在HotSpot虛擬機中，對象在內存中存儲的布局可以分為3塊區域：對象頭（Header）、實(shí)例數據（InstanceData）和對齊填充（Padding)。

2.1 對象頭

HotSpot虛擬機的對象頭包含兩部分：

（1）第一部分用于存儲對象自身運行時(shí)數據，這部分數據的長(cháng)度在32位和64位的虛擬機中分別為32bit和64bit，官方稱(chēng)它為“Mark Word”。

（2）另外一部分是類(lèi)型指針，即對象指向它的類(lèi)元數據的指針，虛擬機通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對象是那個(gè)類(lèi)的實(shí)例。
并不是所有的虛擬機實(shí)現都必須在對象數據上保留類(lèi)型指針，即查找對象的元數據信息并不一定要經(jīng)過(guò)對象本身。

另外，如果對象是一個(gè)Java數組，那在對象頭中還必須有一塊用于記錄數組長(cháng)度的數據，因為虛擬機可以通過(guò)普通Java對象的元數據信息確定Java對象的大小，但是從數組的元數據中卻無(wú)法確定數組的大小。

2.2 實(shí)例數據

實(shí)例數據部分是對象真正存儲的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類(lèi)型的字段內容。無(wú)論是從父類(lèi)繼承下來(lái)的，還是在子類(lèi)中定義的，都需要記錄起來(lái)。這部分的存儲順序會(huì )受到虛擬機分配策略參數（FiedsAllocationStyle）和字段在Java源碼中定義順序的影響。

HotSpot虛擬機默認的分配策略為：longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers)。從分配策略中可以看出，相同寬度的字段總是被分配到一起。在滿(mǎn)足這個(gè)前提條件的情況下，在父類(lèi)中定義的變量會(huì )出現在子類(lèi)之前。如果CompactFieds參數值為true（默認為true），那么子類(lèi)中較窄的變量也可能會(huì )插入到父類(lèi)變量的空隙之中。

2.3 對齊填充

對齊填充并不是必然存在的，也沒(méi)有特別的含義，他僅僅起占位符的作用。由于HotSpot VM的自動(dòng)內存管理系統要求對象起始地址必須是8字節的整數倍，換句話(huà)說(shuō)，就是對象的大小必須是8字節的整數倍，而對象頭部分正好是8字節的倍數，因此，當對象實(shí)例部分沒(méi)有對齊時(shí)，就需要通過(guò)對齊填充來(lái)補全。

三、對象的訪(fǎng)問(wèn)定位

建立對象是為了使用對象，Java程序通過(guò)棧上的reference數據來(lái)操作堆上的具體對象。
reference類(lèi)型在Java虛擬機規范中之規定了一個(gè)指向對象的引用，但沒(méi)有定義這個(gè)引用應該通過(guò)何種方式去定位訪(fǎng)問(wèn)隊中的對象的具體位置，因此對象的訪(fǎng)問(wèn)方式也是由虛擬機實(shí)現而定的。目前主流方式是使用句柄和直接指針兩種。

3.1 使用句柄

如果以句柄方式訪(fǎng)問(wèn)，Java堆中將會(huì )劃分出一塊內存作為句柄池，reference中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實(shí)例數據與類(lèi)型數據各自的具體地址信息。

3.2 指針?lè )绞?/strong>