HotSpot虚拟机对象揭秘 《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》笔记二

本文深入探讨HotSpot虚拟机中对象的创建、内存布局及访问定位。解释了虚拟机遇到new指令时的处理流程,包括类加载检查、内存分配、对象初始化及执行构造器方法。详细介绍了对象的内存布局,包括对象头、实例数据和对齐填充,并对比了句柄访问和直接指针两种对象访问方式。

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参考文章:


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

  1. 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

  2. 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)

  3. 将内存空间初始化零值

  4. 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。

  5. 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)

  • 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 句柄直接指针 两种

  • 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。
    在这里插入图片描述

  • 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。

在这里插入图片描述

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