JVM系列 - JVM对象探秘

Posted 2021-01-08 ostenant

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JVM系列 - JVM对象探秘相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

对于 JVM 运行时区域有了一定了解以后，本文将更进一步介绍虚拟机内存中的数据的细节信息。以JVM虚拟机(Hotspot)的内存区域Java堆为例，探讨Java堆是如何创建对象、如何布局对象以及如何访问对象的。

正文

(一). 对象的创建

说到对象的创建，首先让我们看看 Java 中提供的几种对象创建方式：

Header	解释
使用new关键字	调用了构造函数
使用Class的newInstance方法	调用了构造函数
使用Constructor类的newInstance方法	调用了构造函数
使用clone方法	没有调用构造函数
使用反序列化	没有调用构造函数

下面举例说明五种方式的具体操作方式：

Employee.java

public class Employee implements Cloneable, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;

    public Employee() {}

    public Employee(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Employee other = (Employee) obj;
        if (name == null) {
            if (other.name != null)
                return false;
        } else if (!name.equals(other.name))
            return false;
        return true;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee [name=" + name + "]";
    }

    @Override
    public Object clone() {
        Object obj = null;
        try {
            obj = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return obj;
    }
}

1. new关键字

这是最常见也是最简单的创建对象的方式了。通过这种方式，我们可以调用任意的构造函数(无参的和带参数的)。

1	Employee emp1 = new Employee();

1	Employee emp1 = new Employee(name);

2. Class类的newInstance方法

我们也可以使用Class类的newInstance方法创建对象。这个newInstance方法调用无参的构造函数创建对象。

方式一：

1	Employee emp2 = (Employee) Class.forName("org.ostenant.jvm.instance.Employee").newInstance();

方式二：

1	Employee emp2 = Employee.class.newInstance();

3. Constructor类的newInstance方法

和Class类的newInstance方法很像， java.lang.reflect.Constructor类里也有一个newInstance方法可以创建对象。我们可以通过这个newInstance方法调用有参数的和私有的构造函数。其中，Constructor可以从对应的Class类中获得。

1 2	Constructor<Employee> constructor = Employee.class.getConstructor(); Employee emp3 = constructor.newInstance();

这两种newInstance方法就是大家所说的反射。事实上Class的newInstance方法内部调用Constructor的newInstance方法。

4. Clone方法

无论何时我们调用一个对象的clone方法，JVM都会创建一个新的对象，将前面对象的内容全部拷贝进去。用clone方法创建对象并不会调用任何构造函数。

为了使用clone方法，我们需要先实现Cloneable接口并实现其定义的clone方法。

1	Employee emp4 = (Employee) emp3.clone();

5. 反序列化

当我们序列化和反序列化一个对象，JVM会给我们创建一个单独的对象。在反序列化时，JVM创建对象并不会调用任何构造函数。

为了反序列化一个对象，我们需要让我们的类实现Serializable接口。

ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out);
oos.writeObject(emp4);

ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream(oos.toByteArray());
ObjectInputStream ois =new ObjectInputStream(in);

Employee emp5 = (Employee) in.readObject();

本文以new关键字为例，讲述JVM堆中对象实例的创建过程如下：

当虚拟机遇到一条new指令时，首先会检查这个指令的参数能否在常量池中定位一个符号引用。然后检查这个符号引用的类字节码对象是否加载、解析和初始化。如果没有，将执行对应的类加载过程。
类加载 完成以后，虚拟机将会为新生对象分配内存区域，对象所需内存空间大小在类加载完成后就已确定。
内存分配 完成以后，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值。
虚拟机对对象进行一系列的设置，如所属类的元信息、对象的哈希码、对象GC分带年龄、线程持有的锁 、偏向线程ID 等信息。这些信息存储在对象头 (Object Header)。

上述工作完成以后，从虚拟机的角度来说，一个新的对象已经产生了。然而，从Java程序的角度来说，对象创建才刚开始。

(二). 对象的布局

HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

对象头

在HotSpot虚拟机中，对象头有两部分信息组成：运行时数据 和 类型指针。

1. 运行时数据
用于存储对象自身运行时的数据，如哈希码（hashCode）、GC分带年龄、线程持有的锁、偏向线程ID 等信息。

这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（暂不考虑开启压缩指针的场景）中分别为32个和64个Bit，官方称它为 “Mark Word”。

在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32个Bit空间中的25Bit用于存储对象哈希码（HashCode），4Bit用于存储对象分代年龄，2Bits用于存储锁标志位，1Bit固定为0。

在其他状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象的存储内容如下表所示：

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
指向重量级锁的指针	10	膨胀（重量级锁定）
空，不需要记录信息	11	GC标记
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄	01	可偏向