面试必问 加薪必备 --- Java 对象是如何创建的?

面试必问 加薪必备 — Java 对象是如何创建的?

Java 中我们无时无刻都在创建对象, 但是, 面试时…

面试 1:

面试官问: 一个普通的 Java 对象是怎么创建的? 创建过程是什么?
傻白甜的我: new 啊
面试官: 回家等消息去吧…亲…

面试 2:

面试官: 为什么 Java 中成员属性可以不用设置初值使用?
傻白甜的我: 他有默认值啊.
面试官: 回家等消息去吧…亲…

实际上, Java 中一个普通 java 对象当通过 new 创建时有五个步骤, 如下图:

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的参数是否能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。

PS: 类加载机制是 JVM 中另一个比较重要的知识点, 比如: Bootstrap Classloader, Extension ClassLoader, Application ClassCloader, User Defined ClassLoader等类加载器以及双亲委派模型等知识点帅帅后面分享.

2. 分配堆内存

对象所需要的内存大小在类加载后就可以确定, 关于如何计算一个 Java 对象的大小, 大家可以参考帅帅之前的文章: <<面向面试官编程>>系列 首更!!—Java 内存布局与如何计算 Java 对象大小.
当确定了对象的大小之后, 为对象分配空间的任务相当于将一个大小确定的内存从 Java 堆上划分出来. 分配方式有 “指针碰撞” 和 “空闲列表” 两种，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。

• 假设 Java 堆上的内存都是绝对规整了, 所有用过的内存放在左边, 空闲的内存放在后边, 中间放着一个指针作为分界点的指示器, 那么, 为对象分配空间就相当于把这个分界的指针向右(空闲的一边)移动一段与对象大小相等的距离, 这种分配方式就称为 指针碰撞(Bump the Pointer)
• 当 Java 堆上的内存并不是规整的时, 也就是使用过的内存和空闲内存相互交错, 那就没有办法进行简单的指针碰撞了, 此时, JVM 就需要额外的维护一个列表来记录那些内存已经使用过,那些内存是可用的, 然后在可用的内存中寻找一块足够大的空间划分给要分配的对象, 并更新列表记录, 这种分配方式就称为空闲列表

划重点: 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回收机制是否带有压缩整理功能决定.

PS: 垃圾回收机制也是 JVM 中另一个比较重要的知识点, 比如: 标记-清除, 标记-整理, 复制, 分代收集, 帅帅后面也会和大家进行分享.

2.1 内存分配并发问题

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：

• CAS+失败重试: 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。
• TLAB(Thread Local Allocation Buffer ): 为每一个线程预先在 Eden 区分配一块儿内存 TLAB(本地线程分配缓冲)，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. 虚拟机是否使用 TLAB, 可以通过 -XX:+/-UseTLAB 参数来设定

3. 初始化零值

内存分配完成后，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(上面 面试 2 的答案哦)，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，如是否启用偏向锁等，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，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。在Java对象初始化过程中(init 方法)，主要涉及三种执行对象初始化的结构，分别是 实例变量初始化、实例代码块初始化 以及 构造函数初始化。

至此, 一个 Java 对象才算是被 new 了…