Java中new一個對象是一個怎樣的過程?JVM中發生了什麼?

Java中new一個對象的步驟:

1. 當虛擬機遇到一條new指令時候,首先去檢查這個指令的參數是否能 在常量池中能否定位到一個類的符號引用 (即類的帶路徑全名),並且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過,即驗證是否是第一次使用該類。如果沒有(不是第一次使用),那必須先執行相應的類加載過程(class.forname())。

2. 在類加載檢查通過後,接下來虛擬機將 爲新生的對象分配內存 。對象所需的內存的大小在類加載完成後便可以完全確定,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,目前常用的有兩種方式,根據使用的垃圾收集器的不同使用不同的分配機制:

  2.1. 指針碰撞(Bump the Pointer):假設Java堆的內存是絕對規整的,所有用過的內存都放一邊,空閒的內存放在另一邊,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。

  2.2. 空閒列表(Free List):如果Java堆中的內存並不是規整的,已使用的內存和空間的內存是相互交錯的,虛擬機必須維護一個空閒列表,記錄上哪些內存塊是可用的,在分配時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對象使用。

3. 內存分配完後,虛擬機需要將分配到的內存空間中的數據類型都 初始化爲零值(不包括對象頭)

4. 虛擬機要 對對象頭進行必要的設置 ,例如這個對象是哪個類的實例(即所屬類)、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,這些信息都存放在對象的對象頭中。

至此,從虛擬機視角來看,一個新的對象已經產生了。但是在Java程序視角來看,執行new操作後會接着執行如下步驟:

5.  調用對象的init()方法 ,根據傳入的屬性值給對象屬性賦值。

6. 在線程 棧中新建對象引用 ,並指向堆中剛剛新建的對象實例。

 

對象雖然創建完了,但是在創建對象的過程中,可能會發生一些小意外。比如:在劃分可用空間時,如果是在併發情況下,那麼劃分就不一定是線程安全的。因爲有可能出現正在給A對象分配內存,指針還沒有來得及修改,對象B又同時使用了原來的指針分配內存的情況,那麼,解決這個問題有兩種方案:

    1. 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了更新操作的原子性。

    2.內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間中進行: 爲每個線程在Java堆中預先分配一小塊內存 ,稱爲本地線程分配緩衝(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。
 

按理說,到這裏文章就結束了,問題也解決了。但是,在上面的過程中,我們忽略了一些問題,跳過了一些步驟,比如:類加載過程;對象的使用等等。。。

那麼,創建了對象,我們是要使用的,那麼在Java中這些被new出來的對象在使用的過程中,是一個怎樣的過程呢?

帶着這個疑問,我想到了以前看Java基礎課中,老師講的內容了(認真聽課,課上講的內容還是很有用滴)......

  • 一、這就是對對象的訪問定位問題:

我們的Java程序需要通過棧上的reference數據來操作堆上的具體對象。目前主流訪問方式有 使用句柄訪問(間接訪問) 和 直接指針訪問 兩種:

1. 句柄訪問:

   Java堆中將會劃分出一塊內存來作爲句柄池,reference中存儲的就是對象句柄位置,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。

在這裏放一張圖您就明白了:

2. 直接指針訪問:

 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

兩張圖放一起一對比就淺顯易懂了。

 

  • 二、 類加載過程(第一次使用該類)

Java是使用 雙親委派模型 來進行類的加載的,所以在描述類加載過程前,我們先看一下它的工作過程:

複製代碼

雙親委託模型的工作過程是:  

  如果一個類加載器(ClassLoader)收到了類加載的請求,它首先不會自己去嘗試加載這個類,
  而是把這個請求委託給父類加載器去完成,每一個層次的類加載器都是如此,因此所有的加載請求最終都應該傳送到頂層的
  啓動類加載器中,只有當父類加載器反饋自己無法完成這個加載請求(它的搜索範圍中沒有找到所需要加載的類)時,
  子加載器纔會嘗試自己去加載。

使用雙親委託機制的好處是:
  能夠有效確保一個類的全局唯一性,當程序中出現多個限定名相同的類時,類加載器在執行加載時,始終只會加載其中的某一個類。

複製代碼

1、加載

     由類加載器負責根據一個類的全限定名來讀取此類的二進制字節流到JVM內部,並存儲在運行時內存區的方法區,然後將其轉換爲一個與目標類型對應的java.lang.Class對象實例

2、驗證

格式驗證:驗證是否符合class文件規範
語義驗證:檢查一個被標記爲final的類型是否包含子類;檢查一個類中的final方法是否被子類進行重寫;確保父類和子類之間沒有不兼容的一些方法聲明(比如方法簽名相同,但方法的返回值不同)
操作驗證:在操作數棧中的數據必須進行正確的操作,對常量池中的各種符號引用執行驗證(通常在解析階段執行,檢查是否可以通過符號引用中描述的全限定名定位到指定類型上,以及類成員信息的訪問修飾符是否允許訪問等)

3、準備

爲類中的所有靜態變量分配內存空間,併爲其設置一個初始值(由於還沒有產生對象,實例變量不在此操作範圍內)
被final修飾的static變量(常量),會直接賦值;

4、解析

將常量池中的符號引用轉爲直接引用(得到類或者字段、方法在內存中的指針或者偏移量,以便直接調用該方法),這個可以在初始化之後再執行。
解析需要靜態綁定的內容。  // 所有不會被重寫的方法和域都會被靜態綁定

  以上2、3、4三個階段又合稱爲鏈接階段,鏈接階段要做的是將加載到JVM中的二進制字節流的類數據信息合併到JVM的運行時狀態中。

5、初始化(先父後子)

4.1 爲靜態變量賦值

4.2 執行static代碼塊

注意:static代碼塊只有jvm能夠調用
   如果是多線程需要同時初始化一個類,僅僅只能允許其中一個線程對其執行初始化操作,其餘線程必須等待,只有在活動線程執行完對類的初始化操作之後,纔會通知正在等待的其他線程。

 

因爲子類存在對父類的依賴,所以類的加載順序是先加載父類後加載子類,初始化也一樣。不過,父類初始化時,子類靜態變量的值也有有的,是默認值。

最終,方法區會存儲當前類類信息,包括類的靜態變量類初始化代碼定義靜態變量時的賦值語句 和 靜態初始化代碼塊)、實例變量定義實例初始化代碼定義實例變量時的賦值語句實例代碼塊構造方法)和實例方法,還有父類的類信息引用。

 

補充:

通過實例引用調用實例方法的時候,先從方法區中對象的實際類型信息找,找不到的話再去父類類型信息中找。

如果繼承的層次比較深,要調用的方法位於比較上層的父類,則調用的效率是比較低的,因爲每次調用都要經過很多次查找。這時候大多系統會採用一種稱爲虛方法表的方法來優化調用的效率。

所謂虛方法表,就是在類加載的時候,爲每個類創建一個表,這個表包括該類的對象所有動態綁定的方法及其地址,包括父類的方法,但一個方法只有一條記錄,子類重寫了父類方法後只會保留子類的。當通過對象動態綁定方法的時候,只需要查找這個表就可以了,而不需要挨個查找每個父類。

 

 

Over...

 

參考:

1. Java中New一個對象是個怎麼樣的過程?

2. Java new一個對象的過程

3. java new一個對象的過程中發生了什麼

 

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