学习Java，关于JVM中的对象，至少这些你需要知道

对象的分配

虚拟机遇到一条new指令时：

1. 检查加载
   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，那必须先执行类加载过程。
2. 分配内存
   虚拟机为新生对象分配内存。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。根据方法区的信息确定为该类分配的内存空间大小
   指针碰撞（Bump the Pointer） (java堆内存空间规整的情况下使用)
   如果Java堆中内存是绝对规整的，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向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”。
   空闲列表（Free List） (java堆空间不规整的情况下使用)
   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”。
   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。
   并发安全
   除如何划分可用空间之外，还有另外一个需要考虑的问题是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，可能出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题有两种方案：
   • CAS+失败重试
     以此保证更新操作的原子性。
   • 分配缓冲
     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私有内存，也就是本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。如果设置了虚拟机参数 -XX:+UseTLAB，在线程初始化时，同时也会申请一块指定大小的内存，只给当前线程使用，这样每个线程都单独拥有一个Buffer，如果需要分配内存，就在自己的Buffer上分配，这样就不存在竞争的情况，可以大大提升分配效率，当Buffer容量不够的时候，再重新从Eden区域申请一块继续使用。
     TLAB的目的是在为新对象分配内存空间时，让每个Java应用线程能在使用自己专属的分配指针来分配空间（Eden区，默认Eden的1%），减少同步开销。
     TLAB只是让每个线程有私有的分配指针，但底下存对象的内存空间还是给所有线程访问的，只是其它线程无法在这个区域分配而已。当一个TLAB用满（分配指针top撞上分配极限end了），就新申请一个TLAB。
3. 内存空间初始化
   （注意不是构造方法）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(如int值为0，boolean值为false等等)。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，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。
4. 设置
   接下来，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的对象头（Object Header）之中。
5. 对象初始化
   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，所有的字段都还为零值。所以，一般来说，执行new指令之后会接着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。

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

1. 对象头包括两部分信息：

   • 存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。

   • 类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

2. 实例数据，对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。

3. 对齐填充，并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对对象的大小必须是8字节的整数倍。对象正好是9字节的整数，所以当对象其他数据部分（对象实例数据）没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问定位

建立对象是为了使用对象，我们的Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种，取决于虚拟机的实现。

1. 句柄
   如果使用句柄访问的话，那么Java堆中将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与类型数据各自的具体地址信息。
2. 直接指针
   如果使用直接指针访问， reference中存储的直接就是对象地址。
   这两种对象访问方式各有优势，使用句柄来访问的最大好处就是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本身不需要修改。
   使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，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后也是一项非常可观的执行成本。
   对Sun HotSpot而言，它是使用直接指针访问方式进行对象访问的。

堆内存分配策略

新生代

• Eden区
• Survivor(from)区：
  设置Survivor是为了减少送到老年代的对象
  Survivor(to)区：
  设置两个Survivor区是为了解决碎片化的问题（复制回收算法）
  

1. 对象优先在Eden区分配

新生代初始时就有大小
大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配。当Eden区没有足够空间分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。
大部分对象“早生夕灭”，所以Minor GC频繁且较快。Full GC反之，相对不频繁且比Minor GC慢10倍以上，往往伴随一次Minor GC。
-XX:+PrintGCDetails 打印垃圾回收日志，程序退出时输出当前内存的分配情况
-XX:SurvivorRatio=8 设置区域大小比例： Eden : from : to = 8：1：1

2. 大对象直接进入老年代

大对象：需要大量连续内存空间的Java对象。写程序要避免“命短大对象”。
-XX:PretenureSizeThreshold=4m
超过4m就进入老年代。避免在Eden区及两个Survivor区之间发生大量内存复制。默认是0，表示优先在Eden区分配
PretenureSizeThreshold参数只对Serial和ParNew两款收集器有效。
最典型的大对象是那种很长的字符串以及数组。这样做的目的：1.避免大量内存复制,2.避免提前进行Minor GC，明明老年代有空间进行分配。

3. 长期存活对象进入老年代

如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并将对象年龄设为1。对象在Survivor区中每熬过一次 Minor GC，年龄就增加1，当它的年龄增加到一定程度(默认为15)时，就会被晋升到老年代中。
-XX:MaxTenuringThreshold=15 可设置晋升老年代的年龄阈值

4. 对象年龄动态判定

如果在Survivor空间中，同年龄所有对象大小的综合大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代

5. 空间分配担保

在发生Minor GC之前，虚拟机会先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间，如果这个条件成立，那么Minor GC可以确保是安全的（因为新生代的内容可能会全部移到老年代）。如果不成立，则虚拟机会查看HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。如果允许，那么会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，将尝试着进行一次Minor GC，尽管这次Minor GC是有风险的，如果担保失败则会进行一次Full GC；如果小于，或者HandlePromotionFailure设置不允许冒险，那这时也要改为进行一次Full GC。

参考：周志明——《深入理解Java虚拟机》