Java对象探秘

志向和热爱是伟大行为的双翼。 —— 歌德

1. 对象的创建

对象创建有以下几种方法：
  1. 使用new关键字
  2. 使用Class类的newInstance方法
  3. 使用Constructor类的newInstance方法
  4. 使用clone方法
  5. 使用反序列化

注意：方法1,2,3用构造函数创建对象，方法4,5没有调用构造函数。

1.1 类加载

虚拟机遇到一条new指令时，首先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、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。

1.2 内存分配

在类加载检查通过后，接下来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完全确定。为对象分配内存主要有以下两种方式：

• 指针碰撞
    假设JVM堆中的内存是连续规整的，所有用过的内存放在一边，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，那所分配内存仅仅是把那个指针向空闲空间的那边移动一段与对象大小相等的距离。

• 空闲列表
    虚拟机维护一个列表，记录上哪块内存是可用的，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，并更新列表上的记录。
    以上两种方法在并发情况下是线程不安全的，解决这个问题有两种方案：
    1. 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加上失败重试的方式保证更新操作的原子性）。
    2. 把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间进行，即每个线程在堆中预先分配一块内存，称为本地线程分配缓存（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，才需要进行同步操作。虚拟机可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定是否使用TLAB。
    内存分配完成后，虚拟机将分配到的内存初始化为零值（不包括对象头），这一步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。

1.3 对象设置

虚拟机要对对象进行必要的设置。例如这个对象是哪个类的实例，如何才能找到类的元数据、对象的哈希码、对象的GC年龄等信息。

1.4 初始化

执行init方法，把对象按照代码进行初始化。至此一个真正可用的才算创建完成。

2. 对象的内存布局

对象在内存中的布局可分为三部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。

2.1 对象头

HotSpot虚拟机的对象头主要分为以下两部分：

• 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。这部分数据官方称为"Mark word"。
• 第二部分是类型指针，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哪个类的实例。

2.2 实例数据

这个部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容，包括从父类继承来的或者在子类中定义的。

2.3 对齐填充

该部分仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot虚拟机要求对象的大小必须是8字节的整数倍，所以当对象头或者实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。

3. 对象的访问

  Java程序通过栈上的reference来访问堆上的对象，由于reference在JVM虚拟机中只规定了一个指向对象的具体位置，没有定义具体该如何访问堆中的对象，所以对象访问方式取决于虚拟机。目前主流的访问方式有以下两种方式：

• 句柄访问
    若使用该方式的话，需要在堆中划分出一块内存做句柄池，reference存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含对象实例数据和类型数据的具体地址信息，如下图所示：

通过句柄访问

• 直接指针访问
    若使用该方法的话，则reference中存储的就是对象地址 ，如下图所示：

通过直接指针访问

  使用句柄访问最大的好处就是reference中存储的是句柄地址，对象移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference不需要修改。
  使用直接指针访问最大好处就是速度快，节省了一次指针定位的时间开销。目前HotSpot就是使用该方法。