總結歸納Java在創(chuàng)建虛擬機對象的過程

一、對象的創(chuàng)建

1.1 new 類名

虛擬機遇到一條new指令時，首先檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，并檢查這個符號引用代表的類是否已經(jīng)被加載、解析和初始化過。如果沒有，先執(zhí)行相應的類加載過程。

1.2 分配內(nèi)存

虛擬機為新生對象分配內(nèi)存。對象所需內(nèi)存大小在類加載完成后就可以確定，為對象分配內(nèi)存等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從Java堆中劃分出來。

（1）內(nèi)存分配的方式有兩種：

① 指針碰撞： java堆如果規(guī)整，一邊是用過的內(nèi)存，一邊是空閑的內(nèi)存，中間一個指針作為邊界指示器； 分配內(nèi)存只需向空閑那邊移動指針空出與對象大小相等的空間；

② 空閑列表： 如果不規(guī)整，即用過的和空閑的內(nèi)存相互交錯；則虛擬機需要維護一個列表，記錄哪些內(nèi)存可用；分配內(nèi)存時查表找到一個足夠大的內(nèi)存，并更新列表記錄。
選擇哪種分配方式是根據(jù)這個虛擬機所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定的：如果虛擬機的虛擬器帶壓縮整理功能，則系統(tǒng)采用指針碰撞的內(nèi)存分配算法；否則采用空閑列表的算法。

（2）線程安全問題

并發(fā)時，上面兩種方式分配內(nèi)存的操作都不是線程安全的，有兩種解決方案：
① 同步處理
JVM采用CAS（Compare and Swap）機制加上失敗重試的方式，保證更新操作的原子性；
CAS：有3個操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內(nèi)存值V相同時，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做；
② 本地線程分配緩沖區(qū)（TLAB）
把分配內(nèi)存的動作按照線程劃分在不同的空間中進行：每個線程在Java堆預先分配一小塊內(nèi)存，稱為本地線程分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）；哪個線程需要分配內(nèi)存就從哪個線程的TLAB上分配；只有TLAB用完需要分配新的TLAB時，才需要同步處理。
JVM通過"-XX：+/-UseTLAB"指定是否使用TLAB。

1.3 初始化零值

內(nèi)存分配完之后，虛擬機需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值。如果用TLAB，則在TLAB分配時進行。這保證了程序中對象（及實例變量）不顯式初始賦零值，程序也能訪問到零值。

1.4 設置對象信息

虛擬機對對象進行必要的設置，例如這個對象是哪個類的實例、 如何才能找到類的元數(shù)據(jù)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的對象頭（Object Header）之中。

1.5 構造對象

執(zhí)行init方法，即按照程序員的意愿進行初始化。至此真正可用的對象才算完全被構造出來。

二、對象的內(nèi)存布局

在HotSpot虛擬機中，對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為3塊區(qū)域：對象頭（Header）、實例數(shù)據(jù)（InstanceData）和對齊填充（Padding)。

2.1 對象頭

HotSpot虛擬機的對象頭包含兩部分：

（1）第一部分用于存儲對象自身運行時數(shù)據(jù)，這部分數(shù)據(jù)的長度在32位和64位的虛擬機中分別為32bit和64bit，官方稱它為“Mark Word”。

（2）另外一部分是類型指針，即對象指向它的類元數(shù)據(jù)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。
并不是所有的虛擬機實現(xiàn)都必須在對象數(shù)據(jù)上保留類型指針，即查找對象的元數(shù)據(jù)信息并不一定要經(jīng)過對象本身。

另外，如果對象是一個Java數(shù)組，那在對象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)，因為虛擬機可以通過普通Java對象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對象的大小，但是從數(shù)組的元數(shù)據(jù)中卻無法確定數(shù)組的大小。

2.2 實例數(shù)據(jù)

實例數(shù)據(jù)部分是對象真正存儲的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容。無論是從父類繼承下來的，還是在子類中定義的，都需要記錄起來。這部分的存儲順序會受到虛擬機分配策略參數(shù)（FiedsAllocationStyle）和字段在Java源碼中定義順序的影響。

HotSpot虛擬機默認的分配策略為：longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers)。從分配策略中可以看出，相同寬度的字段總是被分配到一起。在滿足這個前提條件的情況下，在父類中定義的變量會出現(xiàn)在子類之前。如果CompactFieds參數(shù)值為true（默認為true），那么子類中較窄的變量也可能會插入到父類變量的空隙之中。

2.3 對齊填充

對齊填充并不是必然存在的，也沒有特別的含義，他僅僅起占位符的作用。由于HotSpot VM的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，換句話說，就是對象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，而對象頭部分正好是8字節(jié)的倍數(shù)，因此，當對象實例部分沒有對齊時，就需要通過對齊填充來補全。

三、對象的訪問定位

建立對象是為了使用對象，Java程序通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象。
reference類型在Java虛擬機規(guī)范中之規(guī)定了一個指向?qū)ο蟮囊?，但沒有定義這個引用應該通過何種方式去定位訪問隊中的對象的具體位置，因此對象的訪問方式也是由虛擬機實現(xiàn)而定的。目前主流方式是使用句柄和直接指針兩種。

3.1 使用句柄

如果以句柄方式訪問，Java堆中將會劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池，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(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。

3.2 指針方式

如果以指針方式訪問，那么Java堆對象的布局中就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關信息，而reference中存儲的直接就是對象地址，如果只是訪問對象本身，就會少一次間接訪問的開銷。

四、兩種方式的比較

句柄訪問最大好處就是reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址，在對象被移動時只會改變句柄中的實例數(shù)據(jù)指針，而reference本身不需要修改。
指針訪問方式最大好處就是速度更快，節(jié)省了一次指針定位的時間開銷，由于對于下部分的訪問在Java中非常頻繁，因此此類開銷積少成多后也是一項非常可觀的執(zhí)行成本。

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