jvm--对象实例化及直接内存

文章目录

  • 1. 创建对象
  • 2. 对象内存布局
  • 3. 对象的访问定位
  • 4. 直接内存(Direct Memory)

1. 创建对象

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创建对象的方式

  • new最常见的方式、Xxx 的静态方法(单例模式),XxxBuilder/XxxFactory 的静态方法
  • Class 的 newInstance 方法(已经过时):反射的方式,只能调用空参的构造器,权限必须是 public
  • Constructor 的 newInstance(XXX):反射的方式,可以调用空参带参的构造器,权限没有要求
  • 使用 clone():不调用任何的构造器,要求当前的类需要实现 Cloneable 接口,实现 clone()
  • 使用序列化:从文件中、从网络中获取一个对象的二进制流(克隆是浅拷贝,序列化是深拷贝
  • 第三方库 Objenesis

创建对象的步骤:
前面所述是从字节码角度看待对象的创建过程,现在从执行步骤的角度来分析:
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  1. 判断对象对应的类是否加载、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 对象
  2. 为对象分配内存
    首先计算对象占用空间的大小,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

    • 如果内存规整:虚拟机将采用的是指针碰撞法(Bump The Point)来为对象分配内存。

    • 如果内存不规整:虚拟机需要维护一个空闲列表(Free List)来为对象分配内存。
      选择哪种分配方式由 Java 堆是否规整所决定,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. 处理并发问题

    • 采用 CAS 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:通过设置 -XX:+UseTLAB参数来设定
  4. 初始化分配到的内存
    所有属性设置默认值,保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用

  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 方法进行初始化
    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(由字节码中跟随 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成创建出来。

对象实例化的过程

  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. 设置对象头信息
  6. 属性的显示初始化、代码块中初始化、构造器中初始化

2. 对象内存布局

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对象头包含了两部分,分别是运行时元数据(Mark Word)和类型指针。如果是数组,还需要记录数组的长度

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
  • 翩向时间戳

类型指针:
指向类元数据 Instanceclass,确定该对象所属的类型

实例数据(Instance Data):
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)
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小结
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3. 对象的访问定位

JVM 是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例呢?
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句柄访问:reference 中存储稳定句柄地址,对象被移动(垃圾收集时移动对象很普遍)时只会改变句柄中实例数据指针即可,reference 本身不需要被修改jvm--对象实例化及直接内存_第7张图片
直接指针(HotSpot 采用):直接指针是局部变量表中的引用,直接指向堆中的实例,在对象实例中有类型指针,指向的是方法区(元数据)中的对象类型数据
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4. 直接内存(Direct Memory)

直接内存是在 Java 堆外的、直接向系统申请的内存区间。来源于 NIO,通过存在堆中的 DirectByteBuffer 操作 Native 内存。通常,访问直接内存的速度会优于 Java 堆,即读写性能高。
非直接缓存区:使用 IO 读写文件,需要与磁盘交互,需要由用户态切换到内核态。在内核态时,需要两份内存存储重复数据,效率低。jvm--对象实例化及直接内存_第9张图片
直接缓存区:使用 NIO 时,操作系统划出的直接缓存区可以被 java 代码直接访问,只有一份。NIO 适合对大文件的读写操作。jvm--对象实例化及直接内存_第10张图片
由于直接内存在 Java 堆外,因此它的大小不会直接受限于-Xmx 指定的最大堆大小,但是系统内存是有限的,Java 堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。

  • 分配回收成本较高
  • 不受 JVM 内存回收管理

直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置。如果不指定,默认与堆的最大值-Xmx 参数值一致

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