一文搞懂JVM--HotSpot虚拟机对象

本篇主要探讨HotSpot虚拟机在java堆中对象分配、布局和访问的全过程。我们可以把全过程看做执行一条new指令的整个过程。

java对象创建过程

检查类加载

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一个类的符号的引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有那必须先执行相应的类加载过程。类加载过程下一篇为大家讲解。

为新生对象分配内存

类加载检查通过后，虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可以确定，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。
在划分内存的时候根据内存是否是绝对规整，有两种划分形式：指针碰撞和空闲列表。Java堆是否规整由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。通常使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞；使用CMS这种基于Mart-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表。

（1）指针碰撞

假如Java堆内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针想空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式成为“指针碰撞”。

（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，这时候就没有办法使用“指针碰撞”，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，这种分配方式成为“空闲列表”。

有了可用空间还需要考虑另一个问题：对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，这种情况有两种解决方案：

①并发问题–CAS

对分配内存空间的动作进行同步处理，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。

CAS：比较交换（compare and swap）是一种有名的无锁算法、CAS的工作原理：需要3个操作数，分别是内存位置（在java中可以简单理解为变量的内存地址，用V表示）、旧的预期值（用A表示）和新值（用B表示）。CAS指令执行时，当且仅当V符合旧预期值A时，处理器用新值B更新V的值，否则他就不执行更新，但是无论是否更新了V的值，都会返回V的旧值，删除的处理过程是一个原子操作。

②并发问题-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，称为本地线程缓冲（Thread Local Allocation Buffer TLAB）。哪个线程要分配内存，就在那个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数设定。

初始化为零值

内存分配完后，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），如果使用TLAB，这一工作也可以提前到TLAB分配时进行。

设置对象头

接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，这部分信息都存放在对象的对象头之中。

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，对象创建才刚刚开始——方法还没有执行，所有的字段都还为零。所以，一般来说（由字节码中是否跟随invokespecial指令所决定），执行new指令之后会接着执行方法，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产生出来。