java虚拟机中的对象的创建

Posted 2020-12-02 蔡苗

      当虚拟机遇到一条new 指令时，首先去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且这个符号引用代表类的是否已加载、解析和初始化过。如果没有必须执行类的加载过程。

在类加载检查过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存大小在类加载完成后便可完全确定,为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从java堆中化分出来。java内存的分配方式分为"指针碰撞"(Bump the Pointer)和"空闲列表"(Free List)两种方式。  

    指针碰撞:假设Java堆中的内存是完全规整的，所有用过的内存和空闲的内存放在两边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那么分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边移动一段与对象大小相等的距离。

     空闲列表:如果java堆中的内存不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，没有办法进行简单的指针移动了，虚拟机就必须维护一个列表，记录那些内存是可用的，那些是不可用的，在分配的时从列表中找到一块足够大的空间给对象实例，并更新列表上的记录。在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用分配法是指针碰撞，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法收集时，通常采用空闲列表。

   为了防止在并发情况下，内存分配的不安全，java虚拟机采用两种方法来解决：一种是分配内存空间的动作进行同步处理---实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；另一种是把内存分配的动作安照线程划分在不同空间之中进行，即每个线程在java堆中预选分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TLAB).哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并重新分配内存时，才需要锁定。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UserTLAB参数来完成。

   内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间初始化零值。这一步保证了对象的实列字段在java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，列如这个对象时哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象头之中。

   在上面的工作完整之后，从虚拟机的角度来看，一个新的对象已经产生了，但从java程序的视角来看，对象创建才刚刚开始---<init>方法还没有执行，所有的字段都还未零。所以，一般来说，执行new指令之后会接着执行<init>方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正的对象才算完成。

    对象的内存布局:对象头(Header)、实列数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)

  HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态机制、线程持有的锁、偏向线程的ID、偏向时间戳。官方称为"Mark Word"

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、对象分代年龄	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量锁的指针	10	重量级锁定
空，不需要记录信息	11	GC标记
偏向线程ID	01	可偏向

 对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的元数据的指针，虚拟机通过这个指针指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象来自哪个类的实列。

 实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也就是程序代码中所定义的各类型的字段信息。

 第三部分，没有特殊的意义，仅仅起着占位的作用，由于HotSpot VM的自动管理系统要求对象其实地址必须是8字节的整数倍，换句话说，就是对象的大小必须是8字节整数倍。就需要通过对齐来不全。

 

对象的访问定位：

    建立对象是为了使用，我们的java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在java虚拟机规范中之规定了一个指向对象的引用，并返回定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以这种访问方式也是取决于虚拟机实现而决定的。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

   如果使用句柄访问的话，那么java堆中将会划分出一块内存来做为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。

   如果使用直接指针访问，那么java堆中对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的就是对象地址。

这两种对象访问方式各有优势，使用句柄来访问的最大好处就是Reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。

使用直接定位方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在java中非常频繁，因此这类开销也会非常大。就Sun HotSpot，它是使用第二种方式进行对象访问的。