HotSpot虚拟机对象

以下是HotSpot虚拟机在Java堆中对象的分配、布局、访问过程。
（主要来源于深入理解java虚拟机第二版以及自己的理解）
虚拟机遇到一条new指令时，首先去检查这个指令的参数是够能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有就必须先执行相应的类加载过程。

对象的创建

对象的创建包含3个步骤：

1. 对象分配内存空间、
2. 初始化对象、
3. 将对象的内存地址赋给引用。

1、 分配内存空间

虚拟机经过类加载检查后的第一步就是要在内存空间中划分一块内存区域给对象使用，而对象所需要的内存空间大小在类加载完成时便可以确认。虚拟机划分内存区域的方法主要有指针碰撞法、空闲列表法。

指针碰撞法（Bump the Pointer）

指针碰撞法主要适用于内存绝对规整的情况，也就是将使用过的内存与未使用的内存严格分隔开。中间的分界点指示器其实是一个内存地址的指针，当有新的对象创建需要分配内存空间时，只需要移动分界点指示器，也就是改变指针的值，使其往空闲区域移动就好。但是这种方式对于内存不规整的情况就不适用，因为这种情况很容易造成内存空间的浪费。

空闲列表(Free List)

空闲列表的方式很容易理解，就是在虚拟机内部维护一个空闲内存区域的列表，记录当前哪些内存区域是可用的。当有对象创建需要分配内存空间时，只要在列表中找到合适大小的区域，然后修改列表的内容即可，这种方法不要求内存区域的规整性。
空闲列表法在对线程环境容易出现并发问题，若A线程申请了一块内存区域，但还没来得及修改空闲列表，此时B线程申请内存区域，有可能会分配已经划分给A线程的区域而出现失败。
解决方法

• 采用CAS和失败重试的方式来保证此操作的原子性和安全性，这是虚拟机实际采用的。
• 堆区可以为每个线程划分一个线程本地分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），每个线程在自己的分配缓冲区为对象分配内存，也可以解决多线程并发问题。

使用哪一种内存分配方法取决于虚拟机的实现，与虚拟机的GC算法相关联，上述两种方法没有孰优孰劣，只有适不适合而已。

初始化对象

当虚拟机为新创建的对象分配内存区域后，会进行对象的初始化操作。如给对象中所有的基本数据变量赋上初始化值，以至于当我们未对它们进行赋值操作时就可以使用对象了。

内存地址赋给引用

当内存空间划分成功，完成对象初始化操作后，虚拟机会将刚创建好对象的内存地址赋给引用对象。完成此操作后，便可以在程序中通过引用访问对象的实例数据。

二、对象的内存布局：

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以划分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。

对象头（Header）

对象头中主要包含3部分的信息，

• 一部分是用于存储对象本身运行时的数据，又叫做“Mark Word”。例如哈希码(HashCode)、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；

• 一部分则是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机可以根据此指针确定对象是属于哪个类的实例。

• 如果对象是一个Java数组，对象头还必须有一块记录数组长度的数据。

实例数据（Instance Data）

实例数据则是对象存储的真正有效的信息，也是对象存储的主要区域。对象中定义的所有字段的数据都会保存在这个区域，无论是定义在父类中还是子类中字段的数据都将存储在该区域。

对齐填充（Padding）

对齐填充并不是必须存在的，其本身没有特殊的含义，仅仅是作为占位符存在而已。由于HotSpot要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，也就是要求对象的大小是8字节的整数倍。因此在内存分配时，若对象的大小不是8字节整数倍，对齐填充就会将其补全。

三、对象的访问定位：

我们通常访问一个对象是通过栈上的reference数据来访问堆上的具体对象，虚拟机的对象访问定位主流的方式有两种句柄法、直接指针。

• 句柄访问，java堆中划分出一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址。而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。

  
  
  句柄访问

• 直接指针，Java堆对象的布局需要考虑如何防止访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接是对象地址

  
  
  i直接指针

这里可以看出对象类型数据存放在方法区中。
两者的区别很明显，句柄法的优势在于reference中存储的是句柄池的地址，这个地址是稳定的，即使对象发生移动，内存地址发生改变reference的内容是不需要修改。而直接指针法主要体现在速度更快，因为其减少了一次指针定位的过程，开销相对较小，缺点是若对象发生频繁移动，reference中的值需要被频繁修改。具体使用哪种方法要根据虚拟机实现的GC算法来决定，两者各有优势。HotSpot使用直接指针来访问对象。