HotSpot虚拟机对象探秘

声明：本文是学习笔记，主要学习自《深入理解Java虚拟机·JVM高级特性与最佳实践》周志明 著，并强烈推
            荐精读此书，且本文文字内容百分之九十九点九直接摘录自此书，如有不当欢迎指正！

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寻寻觅觅，冷冷清清，凄凄惨惨戚戚。

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对象创建

        Java虚拟机遇到一条new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化。如果没有，那么必须先执行相应的类加载过程。在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可以完全确定，为对象扥配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。

Java堆给对象分配内存的方式

指针碰撞：
        假设Java堆内存是规整的，所有用过的内存放一边，空闲的方另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那么分配内存时就只需将指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式就称为指针碰撞。

空闲列表：
        如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录，这种分配方式称为空闲列表。

注：选择哪种方式是由Java堆是否规整决定，而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
       都带有压缩整理功能决定，因此：使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用的分配算法是
       指针碰撞,而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表。

注：除如何划分可用空间外，还有一个需要考虑的问题是对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个
       指针指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，可能出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对
       象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况，解决这个问题有两种方案，一种是对分配内存空间的动作进行同
       步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性;另一种是把内存分配的动作按照线程
       划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块儿内存，陈称为本地线程分配缓冲(Thread Local
       Allocation Buffer,TLAB)。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，
       才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。

对象的内存布局

    在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对其填充(Padding)。

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运行时数据，如:哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit，官方称它为“Mark Word”;对象头的另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，在虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。不同虚拟机可以能有不同的实现，可能查找对象的元数据信息并不一定要通过对象本身。

实例数据：

       实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数(FieldsAllocationStyle)和字段在Java源码中定义顺序的影响。HostSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers),从分配策略中可以看出，相同宽度的字段总是被分配到一起。在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果CompactFields参数值为true(默认为true)，那么子类之中较窄的变量也可能会插入到父类变量之中。

对其填充：

       起着占位符的作用。由于HotSpot VM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字节的整数倍(1倍或者2倍)，因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对其填充来补全。

对象的访问定位

Java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

句柄的方式：

说明：如果使用句柄访问的话，那么Java堆中将会划分出一块儿内存作为句柄池，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与类型数据各自的具体的地址信息。

直接指针的方式：

说明：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具体信息，而reference中
           存储的直接就是对象地址。

句方式柄与直接指针方式的对比：
       使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)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的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。

注：就HotSpot而言，它是使用的直接指针的方式进行对象访问的。

 

声明：由于本文内容是直接从书籍中摘录的，所以博客类型定位【翻译】

声明：本文是学习笔记，主要学习自以下书籍

^_^ 学习书籍(本文内容百分之九十九点九直接摘录自此书籍、强烈推荐阅读此书)
             《深入理解Java虚拟机·JVM高级特性与最佳实践》 周志明 著

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^_^ 本文已经被收录进《程序员成长笔记(四)》，笔者JustryDeng