2.《深入理解Java虚拟机》Hotspot虚拟机中的对象创建与访问定位

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-09-24 12:18 176阅读 0赞

> 环境: JDK1.7  
> Hotspot虚拟机  
> 本文主要针对在Hotspot虚拟机中Java堆中:  
> 1. 对象的分配；  
> 2. 对象的内存是如何布局的  
> 3. 以及如何访问对象。

# 1.对象的创建过程 #

> 在Java中对象的创建主要是通过new这个关键字来实现的，那么一个对象的创建过程是怎样的呢？通过下面几步来描述：

1.  )当虚拟机遇到一个new关键字时，首先去检查这个指令的能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用代表的类是否已被加载、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。
2.  )在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配分配内存。对象需要的内存大小在类加载完成后就可以完全确定了，这时候就在Java堆上划分一块确定大小的内存给这个对象。划分内存的方式有两种：指针碰撞或者空闲列表。此外还有一个问题是划分内存的线程安全问题：在虚拟机中为对象分配内存是非常频繁的操作，可能出现这种问题，正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又使用了原来的指针来分配内存。解决这个问题有两种方法，一种是对分配内存的动作进行同步处理；第二种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中进行，即每个线程在java堆中预先分配一小块内存，称作本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。哪个线程需要给对象分配内存，就在哪个线程的TLAB上面分配，只有当TLAB用完了并分配新的TLAB时才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB可以通过启动参数来设置。
3.  )内存分配完成后，虚拟机将分配的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），如果使用TLAB，这一操作可以提前至TLAB分配时进行。这里也就是保障了对象的实例字段在java代码中可以不赋储值就可以直接使用。程序能访问到这些字段对应的零值。（比如int型数据不初始化默认是0）
4.  接下来虚拟机对对象进行必要的设置（也就是设置对象头），例如这个对象是哪个类的实例、如何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。
5.  上面的操作结束后，从虚拟机角度来看，一个新的对象已经产生了，但是从Java程序的视角来看，对象的创建才刚刚开始—-init 方法还没有执行，所有的字段都还是零。所以一般来说，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。

# 2. HotSpot虚拟机中对象的内存布局 #

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

## 2.1 对象头 ##

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息：  
1. 第一部分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。  
2. 第二部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

## 2.2 实例数据部分 ##

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承来的还是在子类中定义的，都需要记录起来。

## 2.3 对齐填充 ##

这部分并不是必须的，也没有特别的含义，仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说，就是对像的大小必须是8字节的整数倍。当对象的实例数据部分没有对齐时通过对齐填充来补全。

# 3. 对象的访问定位 #

> 建立对象是为了使用对象，我们的java程序需要通过栈上的 reference 数据来操作堆上面具体对象。

由于reference 类型在java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象的访问方式也取决于虚拟机的实现而定。Java栈上的reference引用定位Java堆上的对象的主流实现方式有两种：  
1. 使用句柄；  
2. 直接指针。

下面解释这两种方式的实现：  
1. 句柄方式访问对象：java堆中将划分出一块内存来作为句柄池，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和类型数据各自的具体地址信息。示图如下：  
![句柄方式访问对象][1348659242_7055.jpg]  
2. 直接指针访问对象：reference变量中直接存储的就是对象的地址，而java堆对象一部分存储了对象实例数据，另外一部分存储了对象类型数据的指针。  
![指针访问对象][1348658605_5211.jpg]

这两种访问对象的方式各有优势，使用句柄访问方式最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象移动时只需要改变Java堆中句柄的实例数据指针，而reference不需要改变。使用指针访问方式最大好处就是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。

> sun的HotSpot虚拟机而言，它使用的是第二种方式(直接指针访问)。

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