JVM笔记十五：对象的实例化、内存布局与访问定位

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-10-01 18:48 19阅读 0赞

#### 对象的实例化、内存布局与访问定位 ####

*  1 - 对象的实例化
 *   *  创建对象的方式
     *  创建对象的步骤
 *  2 - 对象的内存布局
 *  3 - 对象访问定位
 *   *  访问对象两种方式

## 1 - 对象的实例化 ##

### 创建对象的方式 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

### 创建对象的步骤 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
内存规整，用指针碰撞来维护  
内存不规整，用空闲列表来维护

指针碰撞：  
如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（Bump The Pointer )来为对象分配内存。  
意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。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  
compact(整理)过程的收集器时,使用指针碰撞。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

空闲列表：  
如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录，这种分配方式称为“空闲列表”（FreeList）。如使用标记-清除算法的虚拟机采用这种分配方式。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

![在这里插入图片描述][733f8a5d46064f0aaccda9ed5fceeb4c.png]  
字节码角度：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]

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否在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。  
●如果内存规整，使用指针碰撞  
如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法(Bump The Pointer) 来为对象分配，内存。意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着-一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动–段与对象大小相等的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这 种基于压缩算法的，虛拟机采用这种分配方式。  
一般使用带有compact (整理)过程的收集器时，使用指针碰撞。  
●如果内存不规整，虚拟机需要维护一个列表，使用空闲列表分配如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虚拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表，记录上哪些内存块是可用的，再分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的内容。这种分配方式成为 “ 空闲列表(Free List) ”  
说明:选择哪种分配方式由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。

3.处理并发安全问题  
在分配内存空间时，另外一个问题是及时保证new对象时候的线程安全性:创建对象是非常频繁的操作，虚拟机需要解决并发问题。虚拟机采用了两种方式解决并发问题：CAS ( Compare And Swap )失败重试、区域加锁:保证指针更新操作的原子性；TLAB把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之.中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲区，(TLAB ，Thread Local Allocation Buffer) 虚拟机是否使用TLAB，可以通过 -XX:+/-UseTLAB参数来设定。

4.初始化分配到的空间  
内存分配结束，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)。这一步保证了对象的实例字段在Java代码中可以不用赋初始值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。  
给对象的属性赋值的操作:  
①属性的默认初始化；②显式初始化；③代码块中初始化；④构造器中初始化

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invokespecia1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。

测试对象实例化的过程  
③加载类元信息；②为对象分配内存；③处理并发问题；④属性的默认初始化(零值初始化)；⑤设置对象头的信息；⑥属性的显式初始化、代码块中初始化、枸造器中初始化

## 2 - 对象的内存布局 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]

/**
     * 给对象的属性赋值的操作:
     * ①属性的默认初始化；②显式初始化；③代码块中初始化；④构造器中初始化
     *
     * 测试对象实例化的过程
     * ③加载类元信息；
     * ②为对象分配内存；
     * ③处理并发问题；
     * ④属性的默认初始化(零值初始化)；
     * ⑤设置对象头的信息；
     * ⑥属性的显式初始化、代码块中初始化、枸造器中初始化
     */
    public class Customer {
        
        int id = 10;
        String name;
        Account account;
    
        {
        
            name = "匿名客户";
        }
    
        public Customer(){
        
            account = new Account();
        }
    }
    
    class Account{
        
        
    }
    
    /
    public class CustomerTest {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Customer customer = new Customer();
        }
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]

## 3 - 对象访问定位 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]

### 访问对象两种方式 ###

1.句柄访问  
如果使用句柄访问方式，Java堆中会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。使用句柄方式最大的好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]

2.直接指针访问（HotSpot采用）  
如果使用该方式，Java堆对象的布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中直接存储的就是对象地址。使用直接指针方式最大的好处就是速度更快，他节省了一次指针定位的时间开销。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5Luj56CB5Yyq5b6S_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 9]

两种访问方式的优势  
句柄访问： 最大的好处是reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改。  
指针访问：最大的好处时速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在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。

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