JVM对象创建过程

上一节我们讨论了jvm的类加载过程,这一节我们学习一下对象的创建过程。

判断对象是否初始化,执行类加载
总所周知,在一个对象被创建之前,必须要进行初始化,所有类加载过程是在对象创建过程之前完成的。
即如果我们用new来创建一个对象,如果类还未被加载的话,会先加载该类,再进行对象的创建。

为对象在堆上分配内存。

分配内存主要有两种方式,指针碰撞和空闲列表。这个主要取决虚拟机的gc是否具有压缩整理的功能

指针碰撞:假如内存空间是完整的,在空闲内存和已用内存中间有一个内存指针,当分配新的对象内存时,指针向空闲内存区移动新对象内存大小的距离
空闲列表:当内存空间不是完整的,所有空闲内存保存在列表里,当新对象分配内存时,在空闲列表选取合适的内存大小,然后更新空闲列表信息。

防止并发
在虚拟机上创建对象是非常频繁的事,所以可能出现并发问题。jvm提供两种方式来防止并发

1 堆内存分配空间实现同步处理,jvm通过cas和失败重试来保证更新操作的原子性。
2 把内存分配的动作按照线程来划分为不同的空间,一开始为每个线程提供堆中的一小块内存,称为线程分配缓冲区tlab,当tlab用完时需要分配新的tlab时才进行同步锁定。

初始化对象的内存空间
内存分配完成后,jvm将分配到的内存空间都初始化为零值。

对象头的设置
将对象的类,hash码,及分代年龄放入对象头中

执行java的init方法
在jvm角度看。设置对象头完成后,对象创建完了,但是在java程序来看,必须执行完init方法和构造函数后才算创建完。

对象的内存布局
对象的内存自己是如何布局的呢,主要分为三部分

  • 对象头:
    对象头分为两部分,第一部分存储自身运行时数据,如哈希码,gc分代年龄,锁状态标志,线程持有锁,
    偏向时间戳,偏向时间Id
    第二部分是类型指针,对象指向类元数据的指针,确定是哪个类对象。
  • 实例数据:保存对象中各类型的字段内容
  • 对齐填充:当实例数据部分没有对齐,会进行对齐补全。

对象的访问定位
java通过栈上的引用类型reference数据来访问堆中的对象,主要的两种方式是通过句柄访问和直接指针。

使用句柄:
如果采用句柄访问,堆中会划分一段区域作为句柄区,而reference则保存句柄的地址,句柄保存对象的实例数据与类型数据各自的地址。
在这里插入图片描述
直接指针:
栈中的referrence直接指向存储对象实例数据的地址。对象实例数据中包含对象类型数据的指针。
在这里插入图片描述
hotspot使用的是指针对象访问

### JVM对象创建过程中的栈上分配优化 #### 栈上分配的概念与意义 通常情况下,在JVM中,当通过`new`关键字或其他方式创建对象时,默认会在堆内存中分配空间。然而,为了提高性能并减少垃圾回收的压力,某些场景下可以将原本应该在堆上的对象分配到栈上来完成。这种方式被称为“栈上分配”,也称为“逃逸分析”。 #### 逃逸分析原理 逃逸分析是一种编译期优化技术,用于判断新创建对象是否会逃逸出方法的作用域之外[^1]。如果一个对象仅被局部使用,并且不会传递给其他线程或存储于任何可在线程间共享的数据结构内,则该对象被认为是未发生逃逸。 对于那些经过逃逸分析确认为不会逃逸的对象实例,JVM可以选择将其直接放在调用者的栈帧(Stack Frame)里而不是堆区。这样做不仅能够加快对象创建速度,还能让这些临时性的短生命周期对象随着函数返回自动消失,从而减轻GC负担。 #### 实现条件和技术细节 要实现有效的栈上分配,需满足以下几个前提: - **单线程环境下的局部变量**:只有当对象完全属于某个特定的方法内部,并且只在这个范围内使用的条件下才适合做这样的转换。 - **无跨方法引用**:确保此对象没有任何形式的机会逃离当前作用范围外;比如作为参数传入另一个方法、存放到静态字段或者同步监视器等位置都会破坏这一特性[^3]。 - **支持即时编译(JIT)**:由于这种类型的优化往往是在运行时刻动态发生的,因此依赖于高效的Just-In-Time Compiler的支持来识别和处理潜在的目标代码片段[^5]。 ```java public class StackAllocatedObject { private final int value; public StackAllocatedObject(int v){ this.value = v; } @Override protected void finalize() throws Throwable { // 不会被实际调用因为对象不再存在于堆上了 System.out.println("This should never be printed"); } } ``` 在此示例中,假设`StackAllocatedObject`类的对象从未离开过它所在的那个方法体内,那么理论上它可以成为候选者来进行栈上分配优化。不过需要注意的是,具体的实施情况取决于具体版本的HotSpot VM以及其他因素的影响。
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