HotSpot虚拟机对象探秘

详细了解下HotSpot虚拟机在Java堆内存中对象的分配、布局和访问的全过程。

对象的创建

Step1 : 类加载检查

虚拟机遇到一条new指令时，首先会将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到这个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载过、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。

类的生命周期：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载七个阶段，其中验证、准备、解析这三个阶段可以统称为连接。
类加载过程：系统加载 Class 类型的文件主要三步：加载->连接->初始化。连接过程又可分为三步：验证->准备->解析。

Step2 : 分配内存

在类加载检查通过后，接下来虚拟机为新生对象分配内存。对象所需的内存大小在类加载完成后便可以确定，为对象分配空间的任务

等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出去。分配方式有“指针碰撞”和“空闲列表”两种，选择哪种方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又是由所采用的的垃圾收集器是否带压缩整理功能决定。

内存分配的两种方式：
	1.指针碰撞：
		适用场合：堆内存规整（即没有内存碎片）的情况下。
		原理：用过的内存全部整合到一边，没有用过的内存放到另一边，中间有个分界指针，只需要向没有用过的内存方向将该指针移动对象内存大小位置即可。
		使用该分配方式的GC收集器：Serial,ParNew
	2.空闲列表:
		适用场合：堆内存不规整的情况下。
		原理：虚拟机会维护一个列表，该列表中会记录哪些内存块是可用的，在分配的时候，找到一块足够大的内存块儿来划分给对象实例，最后更新列表记录。
		使用该分配方式的GC收集器：CMS
选择以上哪种方式，取决于Java堆内存是否规整；而Java堆内存是否规整，取决于GC收集器的算法是“标记-清除”，还是“标记-整理”【也称标记-压缩】，值得注意的是，复制算法内存也是规整的。

内存分配并发问题：
	创建对象有个很重要问题，就是线程安全，因为在实际开发过程中，创建对象是很频繁的事情，作为虚拟机来说，必须保证线程安全，通常
	虚拟机保证线程安全有两种方式：
	1.CAS+失败重试：CAS是乐观锁的一种实现。所谓乐观锁就是，每次不加锁而且假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
	
	2.TLAB：为每个线程预先在Eden区分配一块儿内存，JVM在给线程中对象分配内存时，首先在TLAB分配，当对象大于TLAB中剩余内存或  TLAB中的内存已经用完，再采用上述的CAS进行内存分配。

Step3 : 初始化零值

内存分配完后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化零值（不包括对象头），这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋予初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值

Step4 : 设置对象头

初始化零值之后，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何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。这些信息存放在对象头。另外，根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏量锁等，对象头会不会有不同的设置方式。

Step5 : 执行init方法

在上边工作完成后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但从Java程序的视角来看，对象的创建才刚开始， 方法还没有执行，所有的字段都还为零。所以一般来说，执行new指令之后会接着执行 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昌盛出来。

对象的内存布局

对象内存布局可以分为3个区域：对象头、实例数据和对齐填充。

1.Hotspot虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据（哈希码、GC分代年龄、锁状态标志等等），另一部分是类型指针，即对象指向他的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

2.实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序中所定义的各种类型的字段内容。

3.对齐填充部分不是必然存在的，也没有什么特别的含义，仅仅起占位作用。 因为Hotspot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整倍数，换句话说就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数（1倍或2倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问定位

建立对象是为了使用对象，我们的Java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。对象的访问方式由虚拟机实现而定，目前主流的访问方式有：使用句柄、直接指针。

句柄：
如果使用句柄的话，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对象类型数据各自的具体地址信息。

直接指针：
reference中存储的直接就是对象的地址。

这两种方式各有优势。使用句柄来访问最大的好处是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。
使用直接指针访问当时最大的好处就是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。HotSpot虚拟机主要使用的就是这种方式来进行对象访问。