JVM學習（二）——虛擬機在Java堆創建對象的全過程

對象的創建

1.類加載檢查

虛擬機遇到一條 new 指令時，首先將去檢查這個指令的參數是否能在常量池中定位到這個類的符號引用，並且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載過、解析和初始化過。如果沒有，那必須先執行相應的類加載過程。

2.分配內存

在類加載檢查通過後，接下來虛擬機將爲新生對象分配內存。對象所需的內存大小在類加載完成後便可確定，爲對象分配空間的任務等同於把一塊確定大小的內存從 Java 堆中劃分出來。分配方式有 “指針碰撞” 和 “空閒列表” 兩種。

內存分配併發問題：
在創建對象的時候有一個很重要的問題，就是線程安全，因爲在實際開發過程中，創建對象是很頻繁的事情，作爲虛擬機來說，必須要保證線程是安全的，通常來講，虛擬機採用兩種方式來保證線程安全：

• CAS+失敗重試： CAS 是樂觀鎖的一種實現方式。所謂樂觀鎖就是，每次不加鎖而是假設沒有衝突而去完成某項操作，如果因爲衝突失敗就重試，直到成功爲止。虛擬機採用 CAS 配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性。
• TLAB： 爲每一個線程預先在 Eden 區分配一塊兒內存，JVM 在給線程中的對象分配內存時，首先在 TLAB 分配，當對象大於 TLAB 中的剩餘內存或 TLAB 的內存已用盡時，再採用上述的 CAS 進行內存分配

3.初始化零值

內存分配完成後，虛擬機需要將分配到的內存空間都初始化爲零值（不包括對象頭），這一步操作保證了對象的實例字段在 Java 代碼中可以不賦初始值就直接使用，程序能訪問到這些字段的數據類型所對應的零值。

4.設置對象頭

初始化零值完成之後，虛擬機要對對象進行必要的設置，例如這個對象是那個類的實例、如何才能找到類的元數據信息、對象的哈希碼、對象的 GC 分代年齡等信息。 這些信息存放在對象頭中。 另外，根據虛擬機當前運行狀態的不同，如是否啓用偏向鎖等，對象頭會有不同的設置方式。

5.執行 init 方法

在上面工作都完成之後，從虛擬機的視角來看，一個新的對象已經產生了，但從 Java 程序的視角來看，對象創建纔剛開始， 方法還沒有執行，所有的字段都還爲零。所以一般來說，執行 new 指令之後會接着執行 方法，把對象按照程序員的意願進行初始化，這樣一個真正可用的對象纔算完全產生出來。

對象的內存佈局

在 Hotspot 虛擬機中，對象在內存中的佈局可以分爲 3 塊區域：對象頭、實例數據和對齊填充。

對象頭

Hotspot 虛擬機的對象頭包括兩部分信息：

1. 存儲對象自身的自身運行時數據（哈希碼、GC 分代年齡、鎖狀態標誌等等）
2. 類型指針，即對象指向它的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是那個類的實例。

實例數據

實例數據部分是對象真正存儲的有效信息，也是在程序中所定義的各種類型的字段內容。

對齊填充

對齊填充部分不是必然存在的，也沒有什麼特別的含義，僅僅起佔位作用。

對象的訪問定位

建立對象就是爲了使用對象，我們的 Java 程序通過棧上的 reference 數據來操作堆上的具體對象。對象的訪問方式有虛擬機實現而定，目前主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種：

1. 使用句柄： 如果使用句柄的話，那麼 Java 堆中將會劃分出一塊內存來作爲句柄池，reference 中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實例數據與類型數據各自的具體地址信息；
   

2. 直接指針： 如果使用直接指針訪問，那麼 Java 堆對象的佈局中就必須考慮如何放置訪問類型數據的相關信息，而 reference 中存儲的直接就是對象的地址。
   
   這兩種對象訪問方式各有優勢。使用句柄來訪問的最大好處是 reference 中存儲的是穩定的句柄地址，在對象被移動時只會改變句柄中的實例數據指針，而 reference 本身不需要修改。使用直接指針訪問方式最大的好處就是速度快，它節省了一次指針定位的時間開銷。