Java对象

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HotSpot中的对象

对象的创建

Java对象创建大致有如下四种方式：

• new关键字这应该是我们最常见和最常用最简单的创建对象的方式。
• 使用newInstance()方法，这里包括Class类的newInstance()方法和Constructor类的newInstance()方法(前者其实也是调用后者)。
• 使用clone()方法要使用clone()方法我们必须实现Cloneable接口，用clone()方法创建对象并不会调用任何构造函数，即我们所说的浅拷贝
• 反序列化要实现反序列化我们需要让我们的类实现Serializable接口。当我们徐丽华和反序列化一个对象，JVM会给我们创建一个单独的对象，在反序列化时，JVM创建对象并不会调用任何构造方法，即我们所说的的深拷贝
  上面的四种创建对象的方法除了第一种使用的new指令之外，其他三种都是使用invokespecial(构造函数直接调用)。这里我们只说new创建对象的方式，现在看看当虚拟机遇到new指令的时候如何创建对象的。

类加载检查

虚拟机遇到一条new指令时，首先将去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检查这个符号引用代码的类是否被加载、解析、初始化过的如果没有，则必须先执行相应的类加载过程，关于类加载机制和类加载器详细内容之后介绍。

分配内存

在类的加载检查通过后，虚拟机就将为新生对象分配内存，对象所需内存的大小在类加载器完成后便可完全确定，为对象分配空间的任务具体便等同于从java堆中划出一块大小确定的内存空间可以分为如下两种情况讨论：

• Java堆中内存绝对规整所有用过的内存都存放在一边，空闲的你内存被存放在另一边，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的空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式成为指针碰撞(Bump The Pointer)。
• Java堆内存不规整已被使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没办法简单的进行指针碰撞Lee，虚拟机就必须维护一个列表，记录哪些内存块可用的，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，这种分配方式为空间列表(Free List)

选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又右所采用的垃圾收集器是否代用压缩整理功能决定。因此在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用年的分配算法是指针碰撞，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法收集器时(说明一下CMS收集器可以通过UseCMSCompactAtFullCollection或CMSFullGCsBeforeCompaction来整理内存的)，就通常采用空闲列表。

除如何划分可用空间之外，另外一个需要考虑的问题是对象创在虚拟机中非常频繁的行为，即使仅仅修改一个指针指向的位置，在并发情况下也并非线程安全的，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。解决这个问题有如下两种方案：

• 对分配内存空间的动作进行同步实际上虚拟机是采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
• 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一个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲(TLAB,Thread Local Allocation Buffer)，哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完，分配新的TLAB时才需要同步锁定，虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。

初始化

内存分配完成后，虚拟机要设置对象的信息(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)并存放在对象的对象头(Object Header)中。根据虚拟机当前的运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

执行init方法

在完成上面工作之后，在虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但是在Java程序的视角来看，对象创建材刚刚开始----init方法还没有执行，所有的字段都还为零值。所以一般来说(由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定)，new指令之后会接着执行init方法，把对象按照程序要的意愿进行初始化，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

HotSpot虚拟机中，对象内存中存储的补助可以分为三块区域：对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)

对象头

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息：

• 对象自身的运行时数据Mark Word如哈希吗(HashCode)、GC分代年龄。锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等，这部分数据的产能广度在32位和64位的虚拟机(暂时不考虑开启压缩指针的场景)中分别为32个和64个Bits,官方称为Mark Word。对象需要存储的运行数据很多，其实已经超过了32、64为BitMap结构所能记录的限度，但是对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间小了，Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息，他会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32个Bits空间中的25Bits用于存储对象哈希吗(HashCode)、4Bits用于存储对象分代年龄，2Bits用于存储锁标志位，1Bits固定为0，在其他状态(轻量级锁定、重量级锁定、GC标志、可偏向)下对象存储内容如下图

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、对象分代年龄	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量级锁定	10	膨胀(重量级锁定)
空，不需要记录信息	11	GC标志
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄	01	可偏向

• 类型指针类型指针即对象指向它的类元数据指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例，并不是所有苏你就实现都必须在对象数据上暴露类型指针你，换句话说查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身，另外如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据,因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象大小，但是从数组的元数据中无法确定数组长度。

实例数据

实例数据是对象真正存储的有效信息，也即是我们在程序代码里面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。这部分的存储顺序回收到虚拟机分配策略参数(FieldsAllocationStyle)和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Oridinary Object Pointers)，从分配策略中可以看出，相同宽度的字段总是被分配到一起。在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果CompactFields参数值为true(默认是true)，那么子类中较窄的变量也可能会插入到父类变量的空隙之中。

对齐填充

对齐填充并不是必然存在的，也没用特别的含义，他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象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说就是对象大小必须是8字节的正数被。对象头部分好似8字节的半数(1倍或者2倍)，因此当对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问

我们的Java程序需要通过栈上的对象引用(Rreferance)数据(存储在栈上的局部变量表中)来操作堆上的具体对象由于reference类型在Java虚拟机规范里面也只规定了一个指向对象引用，并没有定义这个引用的具体实现，对象访问的方式也是取决于虚拟机实现而定的。主链访问方式由使用句柄和直接指针两种。

使用句柄访问

如果使用句柄访问的话，Java堆中将会划分出一块内存作为存放句柄池，reference中存储的就是对象句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据的各自的具体地址信息，如下图所示：

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使用指针直接访问

如果使用直接指针访问的话，Java堆对象布局中就必须考虑如何让制类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象地址，如下图所示：

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这两种对象访问方式各有优势，下面分别谈一下：

• 使用句柄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本身不需要被修改。
• 使用直接指针来访问最大的好处就是速度快，他节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在Java中非常频繁，因此这类开销及积小成多也是一项非常可观的执行成本。HotSpot是使用直接指针进行对象访问的。