JVM02-JVM的对象创建以及访问方式

文章目录

    前言
    对象创建
        1.类加载检查
        2.分配内存
            分配内存的方式
            内存分配的并发问题
            3.初始化零值
            4.设置对象头：
            5. 执行init方法;
    对象内存布局
        对象头
        实例数据
        对齐填充
    对象访问方式
        使用句柄访问
        使用直接指针访问
        下面举例说明：
    总结
    参考

前言

上一篇我们介绍了JVM的内存区域布局，并且重点介绍了堆和栈的概念。，今天我们接着来学习JVM的对象创建过程已经对象的访问方式。
对象创建

对象的创建共有如上五个步骤：
1.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是否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经被加载过、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。JVM中类加载是通过双亲委派模型来完成的双亲委派模型加载类。
2.分配内存

类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生成对象分配内存。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。分配方式有"指针碰撞"和"空闲列表"两种，选择那种分配方式由Java堆是否规整决定。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。
分配内存的方式

指针碰撞
通过"指针碰撞"分配内存的方式适用场合是
堆内存规整（即没有内存碎片） 的情况下。它的实现原理是：用过的内存全部整合到一边，没有用到的内存放在另一边，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。使用这种方式分配内存的垃圾收集器有：Serial收集器和ParNew收集器。
空闲列表
通过"空闲列表"分配内存的方式适用场景是 堆内存不规整的情况。它的实现原理是：虚拟机会维护一个列表，该列表中会记录哪些内存块是可用的，在分配的时候，找一块足够大的内存块来划分对象实例，最后更新列表记录 。使用这种方式分配内存的垃圾收集器有：CMS收集器。

内存分配的并发问题

在实际项目中，创建对象是很频繁的事情，虚拟机采用两种方式来保证线程安全：

CAS+失败重试： CAS是乐观锁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去完成某项操作，如果失败就进行重试操作，直到重试成功。虚拟机采用CAS加上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
TLAB: 为每一个线程预先在Eden区分配一块内存，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。

3.初始化零值

内存分配完成之后，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。
4.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，是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。
5. 执行init方法;

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，但是从Java程序的视角来看，对象创建才刚开始，init方法还没有执行，所有的字段都还为零，所有一般来说，执行new指令之后会接着执行init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产生出来。
对象内存布局

对象在内存中的布局可以分3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充(Padding)。
对象头

虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。
第一类是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64个bit，官方称为"Mark Word"。
例如在32位的HotSpot虚拟机中，如对象未被同步锁锁定的状态下，Mark Word的32个比特存储空间中的25个比特用于存储对象哈希码，4个比特用于存储对象分代年龄，2个比特用于存储锁标志位，1个比特固定为0状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象的存储内容如下所示：

对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向他的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针。还一句话说，查找对象的信息并不一定要经过对象本身，比如，如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息可以确定Java对象的大小，但是如果数组的长度是确定的，将无法通过元数据中的信息推断数组的大小。
实例数据

实例数据部分就是对象真正存储的有效信息，我们在程序代码里所定义的各种类型的字段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录下来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（-XX： FieldsAllocationStyle参数）和字段在Java源码中定义的顺序的影响。虚拟机默认的分配顺序为 longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers,OOPs) ，从以上默认的分配策略中可以看到，相同宽度的字段总是被分配到一起存放，在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果虚拟机的+XX: CompactFields参数值为true（默认就为true），那子类之中叫窄的变量也允许插入父类变量的空隙之中，以节省一点点空间。
对齐填充

对齐填充这部分不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。
对象访问方式

我们的Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。对象的访问方式也是由虚拟机实现的，主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种。
使用句柄访问

使用句柄访问的话，Java堆中将会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具体的地址信息。其结构如下图所示：

使用直接指针访问

使用直接指针访问的话，Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接的访问的开销。HosSpot而言，主要使用的是这种访问方式。其结构如下图所示：

使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本。
下面举例说明：

Student stu =new Student(“张三”，“18”);

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当我们拿到stu对象时，直接调用stu.getName();时，其实就完成了对对象的访问，这里stu只是一个变量，变量里存储的是指向对象的指针，当我们调用stu.getName()时，虚拟机会根据指针找到堆里面的对象然后拿到实例数据name,需要注意的是，当我们调用stu.getClass()时，虚拟机会首先根据stu指针定位到堆里面的对象，然后根据对象头里面存储的指向Class类元信息的指针再次到方法区拿到Class对象，进行了两次指针寻找。具体讲解图如下：

总结

本文首先介绍了JVM中对象的创建过程，接着就是介绍对象的内存布局，最后就是说到了对象的访问方式，其中对象的创建过程比较重要的一块内容就是分配内存。