JVM面试题-JVM对象的创建过程、内存分配、内存布局、访问定位等问题详解

对象

内存分配的两种方式

指针碰撞

适用场合：堆内存规整（即没有内存碎片）的情况下。

原理：用过的内存全部整合到一边，没有用过的内存放在另一边，中间有一个分界指针，只需要向着没用过的内存方向将该指针移动对象内存大小位置即可。

使用该分配方式的GC收集器：Serial, ParNew

空闲列表

适用场合：堆内存不规整的情况下。

原理：虚拟机会维护一个列表，列表中会记录哪些内存块是可用的，在分配的时候，找一块儿足够大的内存块儿来划分给对象实例，最后更新列表记录。

使用该分配方式的GC收集器：CMS

如何选择

选择以上两种方式中的哪一种，取决于 Java 堆内存是否规整。

而 Java 堆内存是否规整，取决于 GC 收集器的算法是"标记-清除"，还是"标记-整理"（也称作"标记-压缩"），值得注意的是，复制算法内存也是规整的。

对象的创建过程

Java 对象的创建过程我建议最好是能默写出来，并且要掌握每一步在做什么。

Step1:类加载检查

虚拟机遇到一条 new 指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到这个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载过、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。

Step2:分配内存

在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需的内存大小在类加载完成后便可确定，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。

Step3:初始化零值

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值（不包括对象头），这一步操作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，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

Step4:设置对象头

初始化零值完成之后，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头中。 另外，根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

Step5:执行 init 方法初始化

在上面工作都完成之后，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，对象创建才刚开始， 方法还没有执行，所有的字段都还为零。所以一般来说，执行 new 指令之后会接着执行 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产生出来

对象的内存布局

可以划分为三个部分：对象头、实例数据、对齐填充（8bit倍数）

1. 虚拟机的对象头：包括两部分信息：

   1. 第一部分用于存储对象自身的运行时数据（哈希码、GC 分代年龄、锁状态标志等等）

   2. 另一部分是类型指针，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. 实例数据：是对象真正存储的有效信息，也是在程序中所定义的各种类型的字段内容。

3. 对齐填充：不是必然存在的，也没有什么特别的含义，仅仅起占位作用。 因为 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，换句话说就是对象的大小必须是 8 字节的整数倍。而对象头部分正好是 8 字节的倍数（1 倍或 2 倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问定位

对象的访问方式由虚拟机实现而定，目前主流的访问方式有：使用句柄、直接指针。

建立对象就是为了使用对象，我们的 Java 程序通过栈上的 reference引用 数据来操作堆上的具体对象。

句柄的方式

如果使用句柄的话，那么 Java 堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference （引用）中存储的就是对象的句柄地址。

流程就是： 引用 找到--》 句柄地址 找到--》 实际数据

句柄中包含了对象实例数据与对象类型数据各自的具体地址信息。

优点

这种方式的好处是可以使对象的布局更加灵活，因为对象数据可以在堆内存中移动而不影响句柄的引用。

缺点

访问对象需要两次内存访问：首先是根据句柄找到对象的引用，然后再根据引用找到对象的实际数据。这会导致一些额外的性能开销。

直接指针

如果使用直接指针访问，reference引用 中存储的直接就是对象的地址。

流程就是： 引用 找到--》 实际数据

指针访问方式最大的好处：就是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。