参考文章:
- HotSpot虚拟机对象大揭秘
- 《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》2.3小结
- HotSpot虚拟机对象揭秘
- Hotspot虚拟机对象揭秘
以HotSpot虚拟机和常用的内存区域Java堆为例,探索一下对象的分配、布局以及访问的全过程
对象的创建
虚拟机遇到一条new指令时
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检查类是否已被加载
检查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、解析和初始化过。如果没有必须先执行相应的类加载过程 -
在类加载检查通过后,接下来虚拟机将为新生对象分配内存。
1)分配内存的两种方式:
指针碰撞:即堆内存是规整的,分配内存就是移动临界指针而已。
空闲列表:对内存不是规整的,虚拟机维护一个空闲内存列表。
具体哪种方式由堆采用的GC是否带有压缩整理功能决定。
2)内存分配并发情况的安全方案。
多个线程同时分配内存时,可以出现同一块内存分配给多个对象。
第一种方案:CAS+失败重试。注:CAS是单词compare and set的缩写,意思是指在set之前先比较该值有没有变化,只有在没变的情况下才对其赋值。参考
第二种方案:TLAB +(CAS+失败重试)。TLAB=本地线程分配缓冲, 就是说堆中都会为每个线程预先分配一小块内存(TLAB),当需要生成对象时,先使用这块内存,用完了再使用其他堆内存(需要同步锁定) -
将内存空间初始化零值
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虚拟机对对象进行必要的设置,也就是设置对象头(Object Header),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。根据当前运行状态的不同,对象头会有不同的设置方式。
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执行init方法,即构造器方法。
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)
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对象头(Header)
对象头包含两部分信息:
1、存储自身的运行时数据(哈希码,GC分代年龄,锁状态标志,线程持有锁,偏向线程ID,偏向时间戳),是非固定的数据结构。
2、存储类型指针,即对象指向它的类元数据的指针,可以通过这个指针确定这个对象是哪个类的实例。但并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针。
3、如果对象是Java数组,还存储数组长度。 -
实例数据(Instance Data)
是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来。
实例数据存储顺序受到虚拟机默认的分配策略参数(FieldsAllocationStyle)和字段在Java源码中定义顺序的影响。 -
对齐填充(Padding)
对齐填充不是必然存在的,对象必须是8字节的整数倍,当前面两部分不满足时就会有对齐填充。
对象的访问定位
对象的访问定位目前主流的范文方式有使用 句柄 和 直接指针 两种
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句柄访问:
如果使用直接句柄访问,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
优点:最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址,在对象移动(垃圾收集时移动对象是非常普通的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要修改。
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直接指针
如果使用直接指针访问,那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,而reference中存储的直接就是对象地址。
优点:速度更快,它节省了一次指定定位的时间开销。HotSpot使用的直接指针访问。