JVM全面分析之对象的实例化、内存布局与访问定位

目录

• 对象的实例化
  • 创建对象的方式
  • 创建对象的步骤
• 对象的内存布局
• 对象的访问定位

对象的实例化

大厂面试题：

创建对象的方式

• new 的方式（构造方法）
• Class的newInstance()：反射的方式，只能调用空参的构造器，权限必须是public
• Constructor的newInstance(Xxx)：反射的方式，可以调用空参、带参的构造器，权限没有要求
• 使用clone()：不调用任何构造器，当前类需要实现Cloneable接口，实现clone()
• 使用反序列化：文件中、网络中获取一个对象的二进制流
• 第三方库Objenesis

创建对象的步骤

1. 判断对象对应的类是否加载、链接、初始化
     虚拟机遇到一条new指令，首先去检查这个指令的参数能否在Metaspace的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经被加载、解析和初始化。（即判断类原信息是否存在）。如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为Key进行查找对应的.class文件。如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的Class对象。

2. 为对象分配内存
     首先计算对象占用空间大小（在此环节对象所占的空间大小已经能确定下来了），接着在堆中划分一块内存给新对象。如果实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即四个字节大小。

  * 如果内存规整 -> 指针碰撞
    如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞发（Bump The Pointer）来为对象分配内存。意思就是所有用过的内存存在一边，空闲的内存在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的举例罢了。如果垃圾收集器选择的事Serial 、ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有compact（整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。

  * 如果内存不规整 -> 虚拟机需要维护一个列表（空闲列表分配）
  如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虚拟机将采用的事空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表，记录上哪些内存块是可用的，再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，并更新列表上的内容。这种分配方式称为“空闲列表（Free List）”。CMS（标记清除垃圾收集算法）适用这种情况。

  选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定

3. 处理并发安全问题（由于堆是线程共享区域，这里涉及到安全问题）
     * 采用CAS失败重试、区域加锁保证更新的原子性
     * 每个线程预先分配一块TLAB-----通过-XX:-/+UseTLAB参数来设定（JDK8默认开启此选项）

4. 初始化分配到的空间
     所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用。

5. 设置对象的对象头
     将对象的所属类（即类的元数据信息）、对象的HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。

6. 执行init方法进行初始化
     在Java程序的视角来看，初始化才正式开始，初始化成员变量(对应b)，执行实例化代码块（对应c），调用类的构造方法（对应d），并把堆内对象的首地址复制给引用变量。因此一般来说（由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定），new指令之后会接着就是执行方法，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创建出来。

补充：给对象的属性赋值的操作：
a. 属性的默认初始化
b. 显示初始化
c. 代码块初始化
d. 构造器中初始化初始化

对象的内存布局

1. 对象头（Header）
     * 运行时元数据（Mark Word）
       * 哈希值（对象在堆空间中的首地址）
       * 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
     * 类型指针
       * 指向类原数据InstanceKlass，确定对象所属的类型（例如可以通过.getClass()方法获取当前对象所属的类，就是这个原理）

2. 实例数据（Instance Data）
     它是对象真正存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段）
      * 相同宽度的字段总是被分配在一起
      * 父类中定义的变量会出现在子类之前
      * 如果CompactFields参数为true（默认为true）：子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙。

3. 举例说明

public class Customer {
    int id = 1001;
    String name;
    Account acct;
    {
        name = "匿名客户";
    }

    public Customer() {
        acct = new Account();
    }
}
class Account{
    
}

public class CustomerTest {
    public static void main(String[] args) {
        Customer customer = new Customer();
    }
}

对象的访问定位

  JVM是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例的呢？定位，通过栈上reference访问

图示：

对象访问方式主要有两种：

1. 句柄访问
   

2. 直接指针（Hotspot采用）