在java虛擬機中對象的創建過程

虛擬機遇到一條new指令時,首先將去檢查這個指令的參數是否能在常量池中定位到一個類的符號引用,並且檢查這個符號引用代表的類是否已經被加載、解析和初始化過。如果沒有,那麼必須先執行相應的類加載過程。

在類加載檢查通過後,接下來虛擬機將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。

指針碰撞:

假設Java堆中的內存是絕對規整的,所有用過的內存都放到一邊,空閒的內存放到另一邊,中間放着一個指針作爲分界點的指示器,那所分配內存就僅僅是把那個指針向空閒空間那邊挪動一段與對象大小相等的距離,這種分配成爲指針碰撞。

空閒列表

如果Java堆中的內存並不是規整的,已使用的內存和空閒的內存相互交錯,那就沒有辦法簡單地進行指針碰撞了,虛擬機就必須維護一個列表,記錄上哪些內存塊是可用的,在分配的時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對象實例,並更新列表上的記錄,這種分配方式成爲空閒列表。

選擇那種分配方式由Java堆是否規整來決定,而Java堆是否規整又由所採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。
因此在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時,系統採用的分配算法是指針碰撞。
而是用CMS這種教育Mark-Sweep算法的收集器時,通常採用空閒列表。

除如何劃分可用空間之外,還有另外一個需要考慮的問題是對象創建在虛擬機中是非常頻繁的行爲,即使是僅僅修改了一個指針所指向的位置,在併發情況下也並不是線程安全的,可能出現在正在給對象A分配內存,指針還沒來得及修改,對象B又同時使用了原來的指針來分配內存的情況。

解決這個問題有兩種方案:一種是對分配內存空間的動作進行同步處理–實際上虛擬機採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性;
另一種是把內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間之中進行,即每個線程在Java堆中預先分配一小塊內存,成爲本地線程分配緩衝。哪個線程需要分配內存,就在哪個線程的TLAB上分配,只有TLAB用完並分配新的TLAB時,才需要同步鎖定。

虛擬機分配完成後,虛擬機需要將分配到的內存空間都初始化爲零值。虛擬機還需要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分代年齡等信息。這些信息存放在對象的對象頭中。

HotSpot虛擬機的對象頭包括兩部分信息,第一部分用於存儲對象自身的運行時數據,如哈希碼、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。
對象頭的另外一部分是類型指針,即對象指向他的類元數據的指針,虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。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,換句話說,查找對象的元數據信息並不一定要經過對象本身。

如果對象是一個Java數組,那在對象頭中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中卻無法確定數組的大小。

實例數據是對象真正存儲的有效信息。這部分的存儲順序會受到虛擬機分配策略參數和字段在Java源碼中定義的順序的影響。 相同寬度的字段總是被分配到一起。

對其填充,並不是必然存在的,僅僅起着佔位符的作用。

對象的訪問定位:

Java程序需要通過棧上的reference數據來操作堆上的具體對象。
目前對象訪問的方式有兩種:使用句柄和直接指針

如果使用句柄訪問:Java堆中將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。句柄中包含了對象實例數據與類型數據各自的具體的地址信息。

如果使用直接指針訪問,那麼Java堆對象的佈局中就必須考慮如何放置訪問類型數據的相關信息。而reference中存儲的直接就是對象地址。

使用句柄訪問的好處就是reference中存儲的是穩定的句柄地址,在對象被移動時只會改變句柄中的實例數據指針,而reference本身不需要修改。

使用直接指針的訪問方式就是速度更快,因爲他節省了一次指針定位的時間開銷。

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