Java虛擬機(HotSpot)-對象:創建、內存佈局、訪問定位

《深入理解Java虛擬機》第2版-第二章讀書筆記

對象的創建

1.檢查這個指令的參數是否能在常量池中定位到這個類的符號引用,如果存在即進入2

2.檢測該符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過,若沒有,則先執行相應的類的加載過程

3.通過了上面的加載檢查後,虛擬機爲新生對象分配內存(對象所需內存的大小在類加載完成後便可完全確定),爲對象分配空間的任務等同於把一塊確定大小的內存從java堆中劃分出來。

4.內存分配完後,虛擬機將分配到的內存空間都初始化爲零值(不包括對象頭),確保對象的實例字段在Java代碼中可以不賦初始值直接使用(訪問到這些字段的數據類型的對應的零值)

5.虛擬機對對象進行必要的設置(例如這個對象是哪個類的實例、如何才能找到類的元數據信息、對象的哈希碼、對象的GC分代年齡等存放在對象頭的信息)

6.執行init方法,也就是構造函數,按照程序員的意願進行初始化。

對象的內存佈局

在HotSpot虛擬機中,對象在內存中存儲的佈局分爲3個區域:

對象頭(Header):

對象頭包括兩部分信息:

對象自身的運行時數據(Mark Word):

包括了哈希嗎、GC分代年齡、鎖狀態標誌、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等。
對象需要存儲的運行時數據很多(超過32位、64位),而且這部分數據屬於額外的存儲成本(與對象自身定義的數據無關),因此被設計成非固定的數據結構,它會根據對象的狀態複用自己的存儲空間。

不同狀態下的Mark Word的存儲的數據結構:
存儲結構

網上看到有博客更詳細的介紹了這個:http://blog.csdn.net/miyao16/article/details/4909350

佔用空間:

32位虛擬機:32bit
64位虛擬機:64bit

類型指針(對象指向它的類元數據的指針):

虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。但是查找對象的元數據信息並不一定要經過對象本身,因此並不是所有的虛擬機實現都必須在對象數據上保留類型指針。

另外,如果一個對象是一個java數組,那在對象頭還必須有一塊用於記錄數組長度的數據,因爲虛擬機可以通過普通java對象的元數據信息確定java對象的大小,但是從數組的元數據大小中卻無法確定數組的大小。

實例數據(Instance Data):

這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容(包括從父類繼承的和在子類中定義的)。
它們的存儲順序會受到虛擬機分配策略參數和字段在Java源碼中定義順序的影響。HotSpot虛擬機默認的分配策略爲longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(ordinary object pointers),相同寬度的字段總是分配到一起。在這個前提下,父類中定義的變量會出現在子類之前。

對齊填充(Padding):

僅僅起着佔位符的作用。由於HotSpot VM要求對象起始地址必須爲8字節的整數倍(對象的大小必須是8字節的整數倍),因此實例數據部分沒有對齊時,就需要通過對齊填充來補充。

對象的訪問定位

使用句柄訪問:

在java堆中會劃分出一塊內存來作爲句柄池,reference中存儲的就是對象的句柄地址,而句柄中包含了對象實例數據與類型數據各自的具體地址信息。
句柄訪問

優勢:

reference中存儲的是穩定的句柄地址,在對象被移動(垃圾收集時移動對象是非常普遍行爲)時只會改變句柄中的實例數據指針,而reference本身不需要修改。

使用直接指針訪問:

reference中存儲的直接就是對象地址,而java堆中對象的佈局還要考慮如何放置訪問類型數據的相關信息。(HotSpot虛擬機採用的方式)
直接指針訪問

優勢:

速度更快,節省了一次指針定位的時間開銷。

比較:

在由於對象被移動需要改變對象實例數據的指針時,句柄訪問方式中只需要改變句柄中的指針即可,而直接指針訪問則需要改變所有使用到該reference的棧中的reference(reference中存儲的就是對象實例數據的指針)。
但是,在對象訪問時,句柄訪問需要2次的指針定位,而直接指針訪問則只需要一次,而且java中對象的訪問非常頻繁,因此這類開銷積少成多後也是一項非常可觀的執行成本。

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