HotSpot虚拟机中的对象

Posted 2020-12-15 doubest

2.2 HotSpot虚拟机中的对象

2.2.1 对象的创建

注意：这里所指的对象限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等

当Java虚拟机遇到一条new的字节码指令时，会触发对象创建。

总结1 HotSpot中的对象创建过程：

（1）首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池（Java方法区中存储着类型信息）中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。类加载主要是为了确定对象的基本信息，例如大小等。

（2）在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定。

（3）内存分配完成之后，虚拟机必须将分配到的内存空间（但不包括对象头）都初始化为零值。

（4）Java虚拟机还要对对象进行必要的设置（主要是对象头进行设置），例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码（实际上对象的哈希码会延后到真正调用Object::hashCode()方法时才计算）、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头（Object Header）之中。

总结2 Java虚拟机对对象进行内存分配的方式：

（1）基于“指针碰撞”的分配方法：

内存区域被划分为两部分，占用部分和空闲部分，中间一个指针作为分界线，如果新对象要内存了，指针向空闲区域移动与对象大小相等的区域出来，放入对象。

（2）基于“空闲列表”的分配方法：

如果Java堆中的内存并不是规整的，已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。

选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有空间压缩整理（Compact）的能力决定。

总结3 解决并发情况下，对象内存分配不安全的问题：

（1）一种是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机是采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；（查看CPP源码可以知道HotSpot采用的就是这种方式）

（2）另外一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local AllocationBuffer，TLAB），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区中分配，只有本地缓冲区用完了，分配新的缓存区时才需要同步锁定。

通俗易懂的讲就是：（1）所有线程的对象一起抢内存，先抢先得。（2）不同线程的对象们都预先都有点内存，先自己用着，不够了，再一起抢。

经过总结1中所经过的所有过程之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了。但是从Java程序的视角看来，对象创建才刚刚开始——构造函数，即Class文件中的<init>()方法还没有执行，所有的字段都为默认的零值，对象需要的其他资源和状态信息也还没有按照预定的意图构造好。

一般来说（由字节码流中new指令后面是否跟随invokespecial指令所决定，Java编译器会在遇到new关键字的地方同时生成这两条字节码指令，但如果直接通过其他方式产生的则不一定如此），new指令之后会接着执行<init>()方法

2.2.2 对象的内存布局

1、对象在堆内存中的布局可以划分为三个部分：（1）对象头（2）实例数据（3）对齐填充

2、对象头包含两类信息：（1）自身运行时的信息（哈希值、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳）（2）类型指针，对象指向它的类型元数据的指针（方法区中的类型信息）。

特别注意，当对象是一个数组是，还需要存储数组的长度信息。

3、实例数据就是对象的数据，没啥好说的

4、对齐填充的存在是由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说就是任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。对象头部分已经被精心设计成正好是8字节的倍数（1倍或者
2倍），因此，如果对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。

2.3.3 对象的访问定位

1、我们创建好对象之后，Java方法区中的局部变量也存在了该对象的reference类型，我们可以通过引用找到对象，但是这个引用是如何定位对象的，有不同的方式。

2、主流的定位方式有两种（下面谈到的对象类型数据，可以看成其他的对象引用）：

（1）句柄访问：Java堆中将可能会划分出一块内存来作为句柄池，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具体的地址信息。

（2）直接指针访问：Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象地址。

3、两种访问定位方式各自的优势：

（1）句柄访问：句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改。

（2）直接访问：用直接指针来访问最大的好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本。

注：HotSpot虚拟机采用第二种访问方式。