jvm之——对象的创建过程

直接上图:

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1.类加载检查

当遇到new指令之后,首先会去到静态常量池中看看能否找到这个指令所对应的符号引用,然后会检查符号引用所对应的是否被加载——连接——初始化,如果有的话就进行第二步,如果没有就要先进行类的加载。

2.分配内存

当类加载检查通过后,对象的大小在类加载完成之后就可以确定,所以首先会为准备新创建的对象根据对象大小分配内存,这块内存就是在堆中划分。那么如何进行内存的分配呢,一般情况下会有两种情况:“指针碰撞” 和 “空闲列表” 两种,选择那种分配方式由 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压缩整理功能决定

指针碰撞

假设Java堆的内存是绝对规整的,所有用过的内存都放一边,空闲的内存放在另一边,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把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。
总结:

  • 堆状态:规整
  • 对应的垃圾回收器:Serial、ParNew
  • 对应的垃圾回收算法:复制算法

空闲列表

如果Java堆中的内存并不是规整的,已使用的内存和空间的内存是相互交错的,虚拟机必须维护一个空闲列表,记录上哪些内存块是可用的,在分配时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象使用。
总结:

  • 堆状态:不规整
  • 对应的垃圾回收器:CMS
  • 对应的垃圾回收算法:标记清除

并发问题

在并发情况下划分不一定是线程安全的,有可能出现正在给A对象分配内存,指针还没有来得及修改,对象B又同时使用了原来的指针分配内存的情况,所以解决方法:

  • CAS+失败重试:通过CAS乐观锁去尝试更新此次操作,如果CAS失败就去重试,直至成功为止。
  • TLAB:预先在堆内存的Eden区为每一个线程分配一块名为TLAB的预存地址空间,当创建对象的时候就可以使用这块内存,当TLAB空间被占满时,再去采用CAS+失败重试的方法区分配内存。

3.初始化零值

之前的类加载过程我们了解到:在准备过程中会将final修饰的静态变量直接赋初值,对static修饰的静态变量赋零值。但是对于普通的成员变量我们不清楚是何时初始化的,那么这个阶段就是给成员变量进行初始化。
虚拟机需要将分配到的内存空间中的数据类型都初始化为零值(不包括对象头),这一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,程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

4.设置对象头

初始化零值完成之后,虚拟机要对对象进行必要的设置,例如这个对象是那个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的 GC 分代年龄等信息。 这些信息存放在对象头中。 另外,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。

5.指向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,但从 Java 程序的视角来看,对象创建才刚开始,方法还没有执行,所有的字段都还为零。所以一般来说,执行 new 指令之后会接着执行方法,把对象按照程序员的意愿进行初始化,这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

了解一下对象的内存布局

1.对象头
Hotspot 虚拟机的对象头包括两部分信息,第一部分用于存储对象自身的自身运行时数据(哈希码、GC 分代年龄、锁状态标志等等),另一部分是类型指针,即对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是那个类的实例。
2.实例数据
这个地方就是存放的对象的真正有效的信息,也是在程序中所定义的各种类型的字段内容。
3.对齐填充
对齐填充部分不是必然存在的,也没有什么特别的含义,仅仅起占位作用。 因为 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,换句话说就是对象的大小必须是 8 字节的整数倍。而对象头部分正好是 8 字节的倍数(1 倍或 2 倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问方式

句柄:

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如果使用句柄的话,那么 Java 堆中将会划分出一块内存来作为句柄池reference 中存储的就是对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据类型数据各自的具体地址信息。

直接指针

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如果使用直接指针访问,那么 Java 堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,而 reference 中存储的直接就是对象的地址。

话说:这两种对象访问方式各有优势。使用句柄来访问的最大好处是 reference 中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针,而 reference 本身不需要修改。使用直接指针访问方式最大的好处就是速度快,它节省了一次指针定位的时间开销。

  • 对象实例数据:就是new出来的对象信息(对象头,实例数据和对齐填充)
  • 对象类型数据:对象实例对应的类的相关信息即Class信息(对象的类型、父类、实现的接口、方法等),存在方法区。通过到对象类型数据的指针访问访问方法区中的对象类型数据。

补充:

通过实例引用调用实例方法的时候,先通过对象实例数据找到对应的方法区中的对象类型数据中找,找不到的话再去父类类型信息中找。

如果继承的层次比较深,要调用的方法位于比较上层的父类,则调用的效率是比较低的,因为每次调用都要经过很多次查找。这时候大多系统会采用一种称为虚方法表的方法来优化调用的效率。

所谓虚方法表,就是在类加载的时候,为每个类创建一个表,这个表包括该类的对象所有动态绑定的方法及其地址,包括父类的方法,但一个方法只有一条记录,子类重写了父类方法后只会保留子类的。当通过对象动态绑定方法的时候,只需要查找这个表就可以了,而不需要挨个查找每个父类。

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