[JVM学习之路]八、对象实例化内存分布与访问定位

对象实例化内存分布与访问定位

一、对象的实例化

具体执行步骤可以分为6步

1.判断对象对应的类是否已经加载、链接、初始化

虚拟机遇到一条new指令，首先去检查这个指令的参数能否在Metaspace的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经被加载、解析和初始化。（ 即判断类元信息是否存在）。

如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为Key进行查找对应的.class文件。如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的Class类对象

2.为对象分配内存

首先计算对象占用空间大小，接着在堆中划分一块内存给新对象。 如果实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即4个字节大小。

如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（BumpThePointer）来为对象分配内存。意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。

如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。所以一般使用带有compact （整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。

如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虛拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。

意思是虚拟机维护了一个列表，记录上哪些内存块是可用的，再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，并更新列表上的内容。这种分配方式成为“空闲列表（Free List） ”。

说明：选择哪种分配方式由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。

3.处理并发安全问题

采用CAS （ Compare And Swap ）失败重试、区域加锁保证更新的原子性

每个线程预先分配一块TLAB(在伊甸园区中开辟)；通过-XX：±UseTLAB来开启和关闭

4.初始化分配到的空间

所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值的时候就可以直接使用

执行属性的默认初始化

5.设置对象的对象头

将对象的所属类（即类的元数据信息）、对象的HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。

6.执行init初始化

在Java程序的视角看来，初始化才正式开始。初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。 因此一般来说（由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定），new指令之 后会接着就是执行方法，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创建出来。

执行显式初始化、代码块中初始化和构造器初始化

public class Customer{
    int id = 1001;//显式初始化
    String name;
    Account acct;

    {
        name = "匿名客户";//代码块中初始化
    }
    public Customer(){
        acct = new Account();
    }//构造器中初始化

}
class Account{

}

总结：

1.加载类元信息

2.为对象分配内存

3.处理并发问题

4.属性的默认初始化（零值初始化）

5.设置对象头的信息

6.属性显式初始化、代码块中初始化、构造器中的初始化

二、对象的内存布局

对象中内存布局：

1.对象头

2.实例数据

3.对齐填充

1.对象头

对象头中包含两部分信息：
1.运行时元数据

• 哈希值（ HashCode ）
• 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

2.类型指针：指向类元数据的InstanceKlass，确定该对象所属的类型

说明：如果是数组，还需记录数组的长度

2.实例数据

说明：它是对象真正存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段）

规则：

1.相同宽度的字段总被分配在一起

2.父类中定义的变量会出现在子类之前

3.如果CompactFields参数为true（默认为true），子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙

3.对齐填充

不是必须的，也没有特殊含义，仅仅起到占位符的作用

示例：

public class Customer{
    int id = 1001;//显式初始化
    String name;
    Account acct;

    {
        name = "匿名客户";//代码块中初始化
    }
    public Customer(){
        acct = new Account();
    }//构造器中初始化

}
class Account{

}

三、对象的访问定位

访问对象实例方法有：句柄访问方式和直接指针方式

1.句柄访问

缺点：需要间接指向对象，并且多占用句柄空间

优点：稳定，不需要修改reference的地址，直接在句柄修改即可，然后就直接定位过去

2.直接指针

缺点：需要修改reference指向

总体来说直接指针比较优秀，Hotspot采用的就是直接指针