JVM 之对象的结构与创建

news2024/12/25 14:09:33

1.对象的创建

1.1类加载

当Java 虚拟机遇到一条字节码 new 指令时，首先将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。

1.2划分空间

（1）假设Java堆中内存是绝对规整的，所有被使用过的内存都被放在一边，空闲的内存被放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”（Bump The Pointer）

（2）假设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，那

就没有办法简单地进行指针碰撞了，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，这种分配方式称为“ 空闲列表 ” （ Free List ）。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。

保证对象创建的线程安全性

（1）采用CAS+失败重试保证更新操作证的原子性

（2）把内存分配动作按照线程划分在不同空间中进行。在堆中为每个内存分配一小块空间，称为本地线程分配缓冲（TLAB）。线程分配内存时，在自己的TLAB上分配，当TLAB使用完时，使用同步锁。

1.3 赋零值

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，如果使用了TLAB 的话，这一项工作也可以提前至 TLAB 分配时顺便进行。这步操作保证了对象的实例字段在Java 代码中可以不赋初始值就直接使用，使程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

1.4设置对象头

接下来，Java 虚拟机还要对对象进行必要的设置，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。根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

1.5 执行<init>()方法

在上面工作都完成之后，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，按照程序员的意愿对对象进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全被构造出来。

2.对象的内存布局

对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header ）、实例数据（Instance Data ）和对齐填充（ Padding ）。

2.1 对象头

第一部分：

是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、 GC 分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程 ID、偏向时间戳等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32个比特和64个比特，官方称它为“Mark Word”。

第二部分：

对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，有一块用于记录数组长度的数据。

2.2 实例数据

是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。

2.3 对齐填充

对齐填充，这并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。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。