每日一面——从JVM层面谈谈你对“对象”的理解

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题目描述

从JVM层面谈谈你对“对象”的理解。

题目分析

在开始之前，菜鸡想先引用一句非常经典的话，“Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。”这简直是程序员版的现实围城。而这段话里提到的内存动态分配和垃圾收集技术，都与“对象”这个词脱不了干系。

众所周知(对了解Java的人而言)，Java是一门面向对象的语言。“对象”这个概念已经深入了每个面向对象语言程序员的内心，这包括但不限于Java、C++、Python……而本文将要探究的就是JVM层面对象的概念。理解了这一概念，会对面向对象有更加深刻的认识。

题目解答

01

对象的创建

在Java的世界里永远不缺“对象”，如果缺，new一个。就是这个神奇的new关键字，分分钟解决了现实世界中找“对象”的难题。究竟是怎么做到的呢？这种神秘的力量值得我们仔细研究一波。注意，下文所提到的对象仅限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等。

首先，需要了解Java程序运行的大致过程，我们编写的源程序(.java文件)经过编译器编译之后得到(.class文件)，这也是Java跨平台的关键，然后JVM将字节码文件解释成机器码运行。

接下来，我们用一张图来描述当JVM遇到一条字节码的new指令时的反应。

注意，这张图仅仅描述的是JVM层面创建对象的流程，至此，其实并没有得到你想要的对象，后续会执行Class文件中的()方法进行对象初始化。

02

对象的内存布局

第一部分的图中中提到了对象头这个概念。在HotSpot虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头、实例数据和对齐填充。

• 对象头的内容可分为两部分：Mark Word和类型指针。

• Mark Word的内容如下表所示：

• 类型指针(非必须)则是对象指向它的类型元数据的指针，JVM通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。
  

• 实例数据存储的是对象的有效信息，即我们在程序中定义的类的属性(包括从父类继承的)。
  

• 对齐填充起到占位符的作用。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，也即任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。对象头部分已经被设计成天然满足8字节的整数倍了，而对象的实例数据部分如果不满足，就需要进行对齐填充。

03

对象的访问定位

常见的对象访问定位方式主要有两种：句柄访问，直接指针访问。

• 句柄访问：

  过程

  ① reference → 句柄池(包括实例数据指针与类型数据指针)

  ②实例数据指针 → 对象实例数据、类型数据指针 → 对象类型数据

  优势

  reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而不改变reference。

• 直接指针访问：

  过程

  ①reference → 对象实例数据

  ②对象实例数据 → 对象类型数据

  优势

  速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。

参考资料

《深入理解Java虚拟机》第3版 周志明

相关链接

每日一面——谈谈你对JVM的运行时数据区的理解

以上便是菜鸡对JVM层面对象的一些总结，供大家参考。

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