一、對象的創建
在語言層面上,常僅僅是一個new關鍵字而已,而在虛擬機中,又是怎樣的呢?
- 類加載: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被加載、解析和初始化過。如果沒有,那必須先執行相應的類加載過程。
- 內存分配:類加載通過後,接着就爲新對象分配內存。對象所需內存的大小在類加載完成後便可完全確定。
內存分配有兩種方式:“指針碰撞”(Bump the Pointer),“空閒列表”(Free List)。
- 指針碰撞:如果Java堆中內存是絕對規整的,所有用過的內存都放在一邊,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。
- 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,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。
- 初始化: 內存分配完成後,虛擬機需要將分配到的內存空間都初始化爲零值(不包括對象頭)。這一步操作保證了對象的實例字段在Java代碼中可以不賦初始值就直接使用,程序能訪問到這些字段的數據類型所對應的零值。
- 設置對象: 接下來,虛擬機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。
二、對象的內存佈局
對象在內存中存儲的佈局可以分爲3塊區域:對象頭(Header)、實例數據(Instance Data)和對齊填充(Padding)。
- 對象頭: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(HashCode)、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。
另外一部分是類型指針。虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。 - 實例數據: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(FieldsAllocationStyle)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 ObjectPointers),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。 - 對齊填充
由於HotSpot VM的自動內存管理系統要求對象起始地址必須是8字節的整數倍,因此,當對象實例數據部分沒有對齊時,就需要通過對齊填充來補全。
三、對象的訪問定位
對象訪問方式取決於虛擬機實現而定的。目前主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種。
- 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,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。
優勢:在對象被移動(GC中移動對象很常見)時只會改變句柄的實例數據指針,reference本身不需要修改 。
- 指針方式:
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,reference中存儲的直接就是對象地址。
優勢:速度快,節省了一次指針定位的時間開銷,對象的訪問在java中非常頻繁,因此可以減少執行成本(Sun HotSpot虛擬機主要使用)。