java.jvm.自动内存管理机制.hotspot虚拟机对象.对象创建

• 对象创建

这里的对象仅仅是普通java对象，不包括数组、Class对象

• 类

package com.wkh;

public class Test {
   public Test(int i, String bb) {
       
   }
}

package com.wkh;

public class Main {

   public static void main(String[] args) {
       new Test(23,"bb");
   }
}

• public static void main(String[] args)的class字节码

        0: new           #2                  // class com/wkh/Test
        3: dup
        4: bipush        23
        6: ldc           #3                  // String bb
        8: invokespecial #4                  // Method com/wkh/Test."":(ILjava/lang/String;)V
        11: pop
        12: return

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• 对象创建过程

当虚拟机遇到new指令的时候

1. 首先去检查这个指令的参数(即#2)是否能在常量池中定义到一个类的符号引用
2. 检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过，如果没有，那必须先执行相应的类加载过程
3. 类加载检查通过后，接下来虚拟机将在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确定，为对象分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。
4. 内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零(不包括对象头)，如果使用TLAB，这一操作也可以提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在java代码中不赋初值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。
5. 接下来，虚拟机对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如果才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头(Object Header)之中。根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启动偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

说明:1-5是new指令的过程

6. 上面的工作完成后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但从java程序的视角来看，对象创建才刚刚开始，因为方法还没有执行，所有的字段都是零值。所以，一般来说，执行new指令之后，还会接着执行方法，如上面的8: invokespecial #4 // Method com/wkh/Test."":(ILjava/lang/String;)V。

• 下面是对象创建过程new指令的源码

等同于对象创建过程的1-5

//jdk7u-dev/hotspot/src/share/vm/interpreter/bytecodeInterpreter.cpp
//确保常量池中存放的是已解释的类。
if (!constants->tag_at(index).is_unresolved_klass()) {
 // 断言确保是 klassOop 和 instanceKlassOop 
 oop entry = constants->slot_at(index).get_oop();
 assert(entry->is_klass(), "Should be resolved klass");
 klassOop k_entry = (klassOop) entry;
 assert(k_entry->klass_part()->oop_is_instance(), "Should be instanceKlass");
 instanceKlass* ik = (instanceKlass*) k_entry->klass_part();
 // 确保对象所属类已经经过初始化阶段
 if ( ik->is_initialized() && ik->can_be_fastpath_allocated() ) {
  // 取对象长度
   size_t obj_size = ik->size_helper();
   oop result = NULL;
   // 如果TLAB没有把内存中的值置零，那么这里就需要置零
   bool need_zero = !ZeroTLAB;
  // 是否使用TLAB，是否在TLAB中分配对象
   if (UseTLAB) {
     result = (oop) THREAD->tlab().allocate(obj_size);
   }
   if (result == NULL) {
     need_zero = true;
     // 直接在垃圾收集器中的eden空间分配对象
retry:
     HeapWord* compare_to = *Universe::heap()->top_addr();
     HeapWord* new_top = compare_to + obj_size;
    // cmpxchg是x86中的CAS指令，这里是一个C++方法，通过CAS方式(同步)分配空间，如果并发失败，转到retry中重新尝试，直至成功分配为止。
     if (new_top <= *Universe::heap()->end_addr()) {
       if (Atomic::cmpxchg_ptr(new_top, Universe::heap()->top_addr(), compare_to) != compare_to) {
         goto retry;
       }
       result = (oop) compare_to;
     }
   }
   if (result != NULL) {
     // 如果需要，则为对象初始化零值
     if (need_zero ) {
       HeapWord* to_zero = (HeapWord*) result + sizeof(oopDesc) / oopSize;
       obj_size -= sizeof(oopDesc) / oopSize;
       if (obj_size > 0 ) {
         memset(to_zero, 0, obj_size * HeapWordSize);
       }
     }
    // 根据是否启用偏向锁来设置对象头信息
     if (UseBiasedLocking) {
       result->set_mark(ik->prototype_header());
     } else {
       result->set_mark(markOopDesc::prototype());
     }
     result->set_klass_gap(0);
     result->set_klass(k_entry);
    // 将对象引入栈，继续执行下一条指令
     SET_STACK_OBJECT(result, 0);
     UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUE(3, 1);
   }
 }
}

• java堆分配内存的2种方式

1. 指针碰撞(Bump the Point)
   如果java堆中内存是绝对规整的，用过的内存放一边，空闲的内存放另一边，中间放着指针作为边界，那么分配内存仅仅是把指针向着空闲那边挪动一段与对象大小相等距离，这种分配方式叫做指针碰撞。
2. 空闲列表(Free List)
   如果java堆不是绝对规整的，已使用和空闲的内存交错，那么虚拟机就必须维护列表，上面记录哪些内存块是可用的，在分配的时候找一块足够大空间划分给对象实例，并且更新表上记录，这种分配方式叫做空闲列表。
3. 采用哪种内存分配方式
   选择哪种分配方式是由java堆是否规整决定的，而java堆是否规整由垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。因此，在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用指针碰撞；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。

• 关于java堆分配内存时线程不安全的的问题

1. 例子
   正在给对象A分配内存，指针还未进行修改，B同时又使用了原来的指针分配内存。
2. 解决办法1-同步
   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
3. 解决办法2-TLAB
   把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中进行，即每个线程在java堆中预先分配一小块内存，称为线程私有分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer，TLAB)。
   哪个线程需要分配内存，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参数设定。