对象的实例化内存布局与访问定位

对象的实例化

创建对象的方式:

从创建对象的执行步骤来分析 对象的创建过程:

  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付在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类对象。
  2. 为对象分配内存。首先计算对象占用空间大小,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。如果内存是规整的,那么虚拟机将采用指针碰撞法来为对象分配内存。假设java堆中内存是绝对规整的,所有用过的内存放一边,未使用过的放一边,中间有一个指针作为临界点,如果新创建了一个对象则是把指针往未分配的内存挪动与对象内存大小相同距离,这个称为指针碰撞。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这种基于压缩算法的,虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有整理过程的收集器时使用指针碰撞;如果内存不规整,则使用空闲列表法(Free List)。事实上,Java堆的内存并不是完整的,已分配的内存和空闲内存相互交错,JVM通过维护一个列表,记录可用的内存块信息,当分配操作发生时,从列表中找到一个足够大的内存块分配给对象实例,并更新列表上的记录。使用的GC收集器:CMS,适用堆内存不规整的情况下。
  3. 处理并发安全问题。在创建对象的时候有一个很重要的问题,就是线程安全,因为在实际开发过程中,创建对象是很频繁的事情,作为虚拟机来说,必须要保证线程是安全的,通常来讲,虚拟机采用两种方式来保证线程安全:一是采用CAS, CAS 是乐观锁的一种实现方式。所谓乐观锁就是,每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作,如果因为冲突失败就重试,直到成功为止。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;二是为每个线程预先分配一块TLAB——通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定(JDK8及之后默认开启),为每一个线程预先分配一块内存,JVM在给线程中的对象分配内存时,首先在TLAB分配,当对象大于TLAB中的剩余内存或TLAB的内存已用尽时,再采用上述的CAS进行内存分配。
  4. 初始化分配到的空间,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。(这里要区别一下类加载过程的准备阶段,参考我的另一篇博客:https://blog.csdn.net/Jhno99/article/details/106296449
  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的实现。
  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(由字节码中是否跟随有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全创建出来。

对象的内存布局

 可以以图得形式将前边涉及到的知识点组合来看。

               

上述代码编译后的JVM详细情况

 

对象的访问定位

一、句柄访问。虚拟机栈的局部变量表中记录了对象引用,指向堆空间中对应的句柄,句柄位于Java堆空间的句柄池中,一个句柄包含两个指针,分别是到堆空间的实例池的对应对象实例数据的指针和到方法区的对象类型数据的指针。

二、直接指针,虚拟机栈的局部变量表中记录的对象引用直接指向了对象实例数据,而在对象实例数据中有一个到对象类型数据的指针,指向方法区中相应额对象类型数据。HotSpot采用的就是这种直接指针法。

三、两者比较。两种访问定位方式各有优劣,一方面,很明显直接指针法要比句柄访问的效率高一些,另一方面,对于句柄访问而言,reference中存储稳定的句柄地址,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,而对于直接指针而言,对象移动的话reference也要修改。

 

 

 

 

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