深入理解java虚拟机（2）——HotSpot虚拟机对象探秘

1、对象的创建

 

本小节讨论普通对象，不包括数组和Class对象。

 

当遇到一条new指令时，有如下操作：

• 检查常量池中是否有这个对象所属类的符号引用；

  • 若常量池中没有这个类的符号引用，说明类没有被定义！抛出ClassNotException；

  • 若常量池中有这个类的符号引用，则进行下一步工作；

 

• 进而检查这个符号引用代表的类是否被JVM加载、解析和初始化；

  • 如果类没有被加载，则找到该类的Class文件，并加载到方法区；

  • 若该类已经被JVM加载，则准备为对象分配内存；

 

• 根据方法区该类的信息确定该类所需内存大小；

        对象所需内存的大小在类加载完之后就可完全确定；一个类产生的每个对象的内存大小是一样的！

 

• 从堆中分配一块对应大小的内存空间给新的对象；

            分配堆中内存有两种方式：

                        1）指针碰撞

                            适用于java 堆内存规整的情况，如：JVM的GC器采用复制算法或标记-整理算法，那么堆中空闲内存是完整的区域，并且空闲内存和已使用内存由一个指针标记。当为一个对象分配内存，只需移动指针即可。

                        2）空闲列表

                           如果JVM的垃圾回收器使用标记-清除算法，那么堆中空闲区域和已使用区域交错，因此需要维护一个“空闲列表”来记录堆中哪些区域是空闲区域，从而在分配对象内存时，可以通过空闲列表找到空闲区域，分配内存。

                           综上：采用何种分配方式，取决于它使用了何种垃圾回收器。

 

            除了划分可用空间外，在并发情况下，并不是线程安全的。如：正在为对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又用了原来的指针分配内存。两种解决方案：

                        1）对分配内存空间的动作进行同步处理----JVM采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；

                        2）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（TLAB）。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有在TLAB用完并分配新的TLAB，才需要同步锁定。-XX:+/-UseTLAB参数来设定是否使用TLAB。          

 

• 为对象中的成员变量初始化为零值（不包括对象头）

• 设置对象头中的信息

• 调用对象的构造函数进行初始化

        此时，整个对象的创建过程就完成了。

 

2、对象的内存布局

 

对象在内存的存储布局分为3块区域：

• 对象头

• 实例数据

• 对齐填充

 

2.1 对象头

 

包含两部分信息：

• 对象在运行过程中所需要的一些数据：HashCode、GC分代年龄、锁状态标记、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。

• 可能还包含类型指针，即对象指向它的类元数据的指针。通过这个指针JVM可以确定对象属于哪个类。

    如果对象是一个数组，对象头还要包含数组长度。

 

2.2 实例数据

 

实例数据是对象真正存储的有效信息---成员变量的值，其中包含父类的成员变量和本类的成员变量。

 

2.3 对齐补充

 

并不是必然存在的，起着占位符的作用。用于确保对象的总长度是8字节的整倍数。

HotSpot VM要求对象的其实地址必须是8字节的整数倍，即对象大小必须是8字节的整数倍（对象头正好是8字节的整数倍，所以可能要对实例数据进行填充）。

 

3、对象的访问

 

Java程序是通过栈上的reference数据来操作具体对象，那么这个reference是如何去定位对象的？有两种对象访问方式：

• 句柄访问

          需要在堆中划分一块“句柄池”，用于存放所有对象的地址和所有对象所属类的类信息。

          引用类型的变量存放的是该对象在句柄池的地址。访问对象时，首先需要通过引用类型的变量找到该对象的句柄，然后根据句柄中的对象地址再访问对象。

• 直接指针访问

        引用变量存放的是对象的地址，从而直接通过引用能访问对象。

        但对象所在内存空间需要额外的策略存储对象所属类信息的地址。

 

比较：

 

• 句柄的优势：引用变量存储的是稳定的句柄地址。在对象移动时（在gc中非常普遍）只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。

• 直接指针的优势：速度快。只需一次寻址操作。对象访问在Java中非常频繁，这类开销节省是非常可观的

 

HotSpot采用的是直接指针方式访问对象。