總結(jié)歸納Java在創(chuàng)建虛擬機(jī)對象的過程

一、對象的創(chuàng)建

1.1 new 類名

虛擬機(jī)遇到一條new指令時，首先檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，并檢查這個符號引用代表的類是否已經(jīng)被加載、解析和初始化過。如果沒有，先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程。

1.2 分配內(nèi)存

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

（1）內(nèi)存分配的方式有兩種：

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

② 空閑列表： 如果不規(guī)整，即用過的和空閑的內(nèi)存相互交錯；則虛擬機(jī)需要維護(hù)一個列表，記錄哪些內(nèi)存可用；分配內(nèi)存時查表找到一個足夠大的內(nèi)存，并更新列表記錄。
選擇哪種分配方式是根據(jù)這個虛擬機(jī)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(jī)的虛擬器帶壓縮整理功能，則系統(tǒng)采用指針碰撞的內(nèi)存分配算法；否則采用空閑列表的算法。

（2）線程安全問題

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

1.3 初始化零值

內(nèi)存分配完之后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值。如果用TLAB，則在TLAB分配時進(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，程序也能訪問到零值。

1.4 設(shè)置對象信息

虛擬機(jī)對對象進(jìn)行必要的設(shè)置，例如這個對象是哪個類的實(shí)例、 如何才能找到類的元數(shù)據(jù)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(gòu)造對象

執(zhí)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(gòu)造出來。

二、對象的內(nèi)存布局

在HotSpot虛擬機(jī)中，對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為3塊區(qū)域：對象頭（Header）、實(shí)例數(shù)據(jù)（InstanceData）和對齊填充（Padding)。

2.1 對象頭

HotSpot虛擬機(jī)的對象頭包含兩部分：

（1）第一部分用于存儲對象自身運(yùn)行時數(shù)據(jù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在32位和64位的虛擬機(jī)中分別為32bit和64bit，官方稱它為“Mark Word”。

（2）另外一部分是類型指針，即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是那個類的實(shí)例。
并不是所有的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)都必須在對象數(shù)據(jù)上保留類型指針，即查找對象的元數(shù)據(jù)信息并不一定要經(jīng)過對象本身。

另外，如果對象是一個Java數(shù)組，那在對象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)，因?yàn)樘摂M機(jī)可以通過普通Java對象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對象的大小，但是從數(shù)組的元數(shù)據(jù)中卻無法確定數(shù)組的大小。

2.2 實(shí)例數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)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型的字段內(nèi)容。無論是從父類繼承下來的，還是在子類中定義的，都需要記錄起來。這部分的存儲順序會受到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)（FiedsAllocationStyle）和字段在Java源碼中定義順序的影響。

HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)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。在滿足這個前提條件的情況下，在父類中定義的變量會出現(xiàn)在子類之前。如果CompactFieds參數(shù)值為true（默認(rèn)為true），那么子類中較窄的變量也可能會插入到父類變量的空隙之中。

2.3 對齊填充

對齊填充并不是必然存在的，也沒有特別的含義，他僅僅起占位符的作用。由于HotSpot VM的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，換句話說，就是對象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，而對象頭部分正好是8字節(jié)的倍數(shù)，因此，當(dāng)對象實(shí)例部分沒有對齊時，就需要通過對齊填充來補(bǔ)全。

三、對象的訪問定位

建立對象是為了使用對象，Java程序通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象。
reference類型在Java虛擬機(jī)規(guī)范中之規(guī)定了一個指向?qū)ο蟮囊?，但沒有定義這個引用應(yīng)該通過何種方式去定位訪問隊(duì)中的對象的具體位置，因此對象的訪問方式也是由虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)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

如果以句柄方式訪問，Java堆中將會劃分出一塊內(nèi)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(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。

3.2 指針方式

如果以指針方式訪問，那么Java堆對象的布局中就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，而reference中存儲的直接就是對象地址，如果只是訪問對象本身，就會少一次間接訪問的開銷。

四、兩種方式的比較

句柄訪問最大好處就是reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址，在對象被移動時只會改變句柄中的實(shí)例數(shù)據(jù)指針，而reference本身不需要修改。
指針訪問方式最大好處就是速度更快，節(jié)省了一次指針定位的時間開銷，由于對于下部分的訪問在Java中非常頻繁，因此此類開銷積少成多后也是一項(xiàng)非?？捎^的執(zhí)行成本。

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