Java对象创建过程详解

本文会主要介绍对象创建并简要介绍对象创建过程中的一些操作 虚拟机HotSpot

对象创建

虚拟机接受到一个new指令时

• 首先检查参数能否在常量池内定位到类的符号引用，并判断类是否已经被加载，解析和初始化(类的加载过程见附1)
• 接着虚拟机为对象分配内存，分配内存的大小在类加载完成时就已经确定。（分配内存的方法见附2）
• 内存分配完成后，将内存空间全部赋零值(不包括对象头)
• 接下来完成对对象头的设置 包括属于哪个类 如何找到类元数据 哈希码 GC分代年龄等信息(对象头详细内容见附3)
• 调用对象的方法 完成初始化

至此 一个完整的Java对象就被创建完成了

注意:多线程使用同一对象时需要注意对象创建时指令重排序的问题

附录1 类加载

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需要类初始化的五种情况(有且仅有这五种) (类的加载没有硬性规定)

• 遇到new getstatic putstatic invokestatic这四个指令时 如果类没有初始化，则会触发类的初始化。四个指令对应的最常见的情况为使用new关键字实例化对象，读取静态变量，设置静态变量(编译期结果放入常量池的除外 会触发前几个阶段) ，调用类的静态方法
• 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
• 初始化一个类时 如果父类未初始化 则初始化父类
• 虚拟机启动时指定的主类
• java1.7动态语言支持

常见的不会触发初始化的引用方式

• 通过子类引用父类的静态变量 只会初始化父类 不会初始化子类
• 创建类的数组
• 引用常量池内的变量

加载

通过名字获取类的二进制流并在内存中生成class对象。

验证

验证二进制流的正确性和安全性 包括文件格式验证，元数据验证，字节码验证以及符号引用验证四个步骤。

准备

给类变量(static)分配空间并完成初始化 注意:如果不是final变量，值均为零值。

解析

将符号引用解析为直接引用，包括类或接口的解析，字段解析，类方法解析，接口方法解析。

初始化

执行类的()方法，这个方法由所有对静态变量的赋值操作和所有静态代码块组成，虚拟机会保证父类的()方法在子类的方法开始之前结束，并且提供线程安全的保证(类似于double check，多个线程同时初始化时只有一个线程进入方法，其他线程阻塞，执行完成后其他线程不会再进入方法)

类加载器-双亲委派模型

Java推荐的类加载器的实现模型，除了启动类加载器(bootstrap classLoader)以外的所有类加载器都应该拥有父加载器，这个关系不是通过继承来实现，而是通过组合的方式。类加载器收到加载请求时，首先请求父加载器进行加载，如果父加载器不能加载则调用自己的加载方法。自定义类加载器时如果我们希望遵从双亲委派模型则重写findClass()方法，否则重写loadClass()方法

类加载器-分类

遵循双亲委派从上到下可以分为

• 启动类加载器 (Bootstrap classLoader) 加载\lib下的指定文件名的类
• 扩展类加载器 (Extension classLoader) 加载\lib\ext下的类
• 系统类加载器(应用类加载器) 加载Classpath内的类
• 自定义类加载器

不遵循双亲委派的常见类加载器:

• SPI （Service Provider Interface）加载器 - 线程上下文加载器 实现父加载器向子加载器请求加载
• OSGi模块化加载器 每个模块拥有一个自定义类加载器 网状结构的加载过程

附录2 内存的分配

1.确定对象内存大小

对象的大小在类加载完成后就已经确定，对象在内存中可以分为三块

• 对象头(附录三)

大小确定 与类无关 与操作系统有关

• 实例数据

即使父类的实例字段被子类覆盖或者被private修饰，都照样为其分配内存，相同宽度的字段会分配在一起，其次，父类的字段在子类之前

• 对齐填充

满足虚拟机对8的倍数的要求

2.分配内存

内存分配与内存回收紧密相关，根据不同的回收策略也有不同的分配策略。

如果采用的是具有压缩过程的垃圾回收策略，如Serial,ParNew，则Java堆中的内存是规整的，我们只需要将内存指针向后移内存大小的位置即可，这种方式称为指针碰撞（Bump the Pointer）。如果采用的回收策略没有压缩过程，如CMS，那虚拟机就需要维护一个列表，记录哪些内存是可用的，这种方式称为空闲列表(Free List)

其次，对象创建也需要考虑线程安全的问题，一种方案是采用CAS+失败重试的方法来保证线程安全，另一种方法则是为每一个线程提前分配一块内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer , TLAB)，线程创建对象时优先在自己的TLAB上分配。

附录3 对象头

对象头包括

• MarkWord 32bit/64bit 取决于操作系统
• 类型指针 指向类元数据的指针
• 数组长度 如果是数组的话

我们主要介绍MarkWord

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根据锁状态的不同，markword会复用自己的空间，分别记录一些不同的信息。

我们注意到 轻量级锁和重量级锁状态时，会将分代年龄覆盖掉，那当锁状态解除时，要怎么恢复呢？

答案是上锁时，锁的数据中会保存一份原markword的备份