JVM02-JVM的對(duì)象創(chuàng)建以及訪問(wèn)方式

文章目錄 

    前言
    對(duì)象創(chuàng)建
        1.類加載檢查
        2.分配內(nèi)存
            分配內(nèi)存的方式
            內(nèi)存分配的并發(fā)問(wèn)題
            3.初始化零值
            4.設(shè)置對(duì)象頭：
            5. 執(zhí)行init方法;
    對(duì)象內(nèi)存布局
        對(duì)象頭
        實(shí)例數(shù)據(jù)
        對(duì)齊填充
    對(duì)象訪問(wèn)方式
        使用句柄訪問(wèn)
        使用直接指針訪問(wèn)
        下面舉例說(shuō)明：
    總結(jié)
    參考

前言

上一篇我們介紹了JVM的內(nèi)存區(qū)域布局，并且重點(diǎn)介紹了堆和棧的概念。，今天我們接著來(lái)學(xué)習(xí)JVM的對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程已經(jīng)對(duì)象的訪問(wèn)方式。
對(duì)象創(chuàng)建

在這里插入圖片描述

對(duì)象的創(chuàng)建共有如上五個(gè)步驟：
1.類加載檢查

虛擬機(jī)遇到一條new指令時(shí)，首先將去檢查這個(gè)指令是否在常量池中定位到這個(gè)類的符號(hào)引用，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已經(jīng)被加載過(guò)、解析和初始化過(guò)。如果沒(méi)有，那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過(guò)程。JVM中類加載是通過(guò)雙親委派模型來(lái)完成的雙親委派模型加載類。
2.分配內(nèi)存

類加載檢查通過(guò)后，接下來(lái)虛擬機(jī)將為新生成對(duì)象分配內(nèi)存。對(duì)象所需的內(nèi)存大小在類加載完成后便可確定，為對(duì)象分配空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從Java堆中劃分出來(lái)。分配方式有"指針碰撞"和"空閑列表"兩種，選擇那種分配方式由Java堆是否規(guī)整決定。而Java堆是否規(guī)整又由所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。
分配內(nèi)存的方式

指針碰撞
通過(guò)"指針碰撞"分配內(nèi)存的方式適用場(chǎng)合是
堆內(nèi)存規(guī)整（即沒(méi)有內(nèi)存碎片） 的情況下。它的實(shí)現(xiàn)原理是：用過(guò)的內(nèi)存全部整合到一邊，沒(méi)有用到的內(nèi)存放在另一邊，只需要向著沒(méi)用過(guò)的內(nèi)存方向?qū)⒃撝羔樢苿?dòng)對(duì)象內(nèi)存大小位置即可。使用這種方式分配內(nèi)存的垃圾收集器有：Serial收集器和ParNew收集器。
空閑列表
通過(guò)"空閑列表"分配內(nèi)存的方式適用場(chǎng)景是 堆內(nèi)存不規(guī)整的情況。它的實(shí)現(xiàn)原理是：虛擬機(jī)會(huì)維護(hù)一個(gè)列表，該列表中會(huì)記錄哪些內(nèi)存塊是可用的，在分配的時(shí)候，找一塊足夠大的內(nèi)存塊來(lái)劃分對(duì)象實(shí)例，最后更新列表記錄 。使用這種方式分配內(nèi)存的垃圾收集器有：CMS收集器。

內(nèi)存分配的并發(fā)問(wèn)題

在實(shí)際項(xiàng)目中，創(chuàng)建對(duì)象是很頻繁的事情，虛擬機(jī)采用兩種方式來(lái)保證線程安全：

CAS+失敗重試： CAS是樂(lè)觀鎖一種實(shí)現(xiàn)方式所謂樂(lè)觀鎖就是，每次不加鎖而是假設(shè)沒(méi)有沖突去完成某項(xiàng)操作，如果失敗就進(jìn)行重試操作，直到重試成功。虛擬機(jī)采用CAS加上失敗重試的方式保證更新操作的原子性。
TLAB: 為每一個(gè)線程預(yù)先在Eden區(qū)分配一塊內(nèi)存，JVM在給線程中的對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)，首先在TLAB分配，當(dāng)對(duì)象大于TLAB中剩余內(nèi)存或TLAB的內(nèi)存已用盡時(shí)，再采用上述的CAS進(jìn)行內(nèi)存分配。

3.初始化零值

內(nèi)存分配完成之后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值（不包括對(duì)象頭），這一步操作保證了對(duì)象的實(shí)例字段在Java代碼中可以不賦初始值就直接使用程序能訪問(wèn)到這些字段的數(shù)據(jù)類型所對(duì)應(yīng)的零值。
4.設(shè)置對(duì)象頭：

初始化零值完成之后，虛擬機(jī)要對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置，例如這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對(duì)象的哈希碼、對(duì)象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對(duì)象頭中。另外，根據(jù)虛擬機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的不同，是否啟用偏向鎖等，對(duì)象頭會(huì)有不同的設(shè)置方式。
5. 執(zhí)行init方法;

在上面工作都完成之后，從虛擬機(jī)的視角來(lái)看，一個(gè)新的對(duì)象已經(jīng)產(chǎn)生了，但是從Java程序的視角來(lái)看，對(duì)象創(chuàng)建才剛開(kāi)始，init方法還沒(méi)有執(zhí)行，所有的字段都還為零，所有一般來(lái)說(shuō)，執(zhí)行new指令之后會(huì)接著執(zhí)行init方法，把對(duì)象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化，這樣一個(gè)真正可用的對(duì)象才算完成產(chǎn)生出來(lái)。
對(duì)象內(nèi)存布局

對(duì)象在內(nèi)存中的布局可以分3塊區(qū)域：對(duì)象頭（Header）、實(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對(duì)齊填充(Padding)。
對(duì)象頭

虛擬機(jī)對(duì)象的對(duì)象頭部分包括兩類信息。
第一類是用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時(shí)間戳等長(zhǎng)度在32位和64位的虛擬機(jī)中分別為32bit和64個(gè)bit，官方稱為"Mark Word"。
例如在32位的HotSpot虛擬機(jī)中，如對(duì)象未被同步鎖鎖定的狀態(tài)下，Mark Word的32個(gè)比特存儲(chǔ)空間中的25個(gè)比特用于存儲(chǔ)對(duì)象哈希碼，4個(gè)比特用于存儲(chǔ)對(duì)象分代年齡，2個(gè)比特用于存儲(chǔ)鎖標(biāo)志位，1個(gè)比特固定為0狀態(tài)（輕量級(jí)鎖定、重量級(jí)鎖定、GC標(biāo)記、可偏向）下對(duì)象的存儲(chǔ)內(nèi)容如下所示：

對(duì)象頭的另外一部分是類型指針，即對(duì)象指向他的類型元數(shù)據(jù)的指針，Java虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定該對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。并不是所有的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)都必須在對(duì)象數(shù)據(jù)上保留類型指針。還一句話說(shuō)，查找對(duì)象的信息并不一定要經(jīng)過(guò)對(duì)象本身，比如，如果對(duì)象是一個(gè)Java數(shù)組，那在對(duì)象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，因?yàn)樘摂M機(jī)可以通過(guò)普通Java對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息可以確定Java對(duì)象的大小，但是如果數(shù)組的長(zhǎng)度是確定的，將無(wú)法通過(guò)元數(shù)據(jù)中的信息推斷數(shù)組的大小。
實(shí)例數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)部分就是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，我們?cè)诔绦虼a里所定義的各種類型的字段內(nèi)容，無(wú)論是從父類繼承下來(lái)的，還是在子類中定義的字段都必須記錄下來(lái)。這部分的存儲(chǔ)順序會(huì)受到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)（-XX： FieldsAllocationStyle參數(shù)）和字段在Java源碼中定義的順序的影響。虛擬機(jī)默認(rèn)的分配順序?yàn)? longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers,OOPs) ，從以上默認(rèn)的分配策略中可以看到，相同寬度的字段總是被分配到一起存放，在滿足這個(gè)前提條件的情況下，在父類中定義的變量會(huì)出現(xiàn)在子類之前。如果虛擬機(jī)的+XX: CompactFields參數(shù)值為true（默認(rèn)就為true），那子類之中叫窄的變量也允許插入父類變量的空隙之中，以節(jié)省一點(diǎn)點(diǎn)空間。
對(duì)齊填充

對(duì)齊填充這部分不是必然存在的，也沒(méi)有特別的含義，它僅僅起著占位符的作用。
對(duì)象訪問(wèn)方式

我們的Java程序會(huì)通過(guò)棧上的reference數(shù)據(jù)來(lái)操作堆上的具體對(duì)象。對(duì)象的訪問(wèn)方式也是由虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的，主流的訪問(wèn)方式主要有使用句柄和直接指針兩種。
使用句柄訪問(wèn)

使用句柄訪問(wèn)的話，Java堆中將會(huì)劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池,reference中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址，而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自具體的地址信息。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

使用直接指針訪問(wèn)

使用直接指針訪問(wèn)的話，Java堆中對(duì)象的內(nèi)存布局就必須考慮如何訪問(wèn)類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，reference中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址，如果只是訪問(wèn)對(duì)象本身的話，就不需要多一次間接的訪問(wèn)的開(kāi)銷(xiāo)。HosSpot而言，主要使用的是這種訪問(wèn)方式。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

使用直接指針來(lái)訪問(wèn)最大的好處就是速度更快，它節(jié)省了一次指針定位的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，由于對(duì)象訪問(wèn)在Java中非常頻繁，因此這類開(kāi)銷(xiāo)積少成多也是一項(xiàng)極為可觀的執(zhí)行成本。
下面舉例說(shuō)明：

Student stu =new Student(“張三”，“18”);

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當(dāng)我們拿到stu對(duì)象時(shí)，直接調(diào)用stu.getName();時(shí)，其實(shí)就完成了對(duì)對(duì)象的訪問(wèn)，這里stu只是一個(gè)變量，變量里存儲(chǔ)的是指向?qū)ο蟮闹羔槪?dāng)我們調(diào)用stu.getName()時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)指針找到堆里面的對(duì)象然后拿到實(shí)例數(shù)據(jù)name,需要注意的是，當(dāng)我們調(diào)用stu.getClass()時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)首先根據(jù)stu指針定位到堆里面的對(duì)象，然后根據(jù)對(duì)象頭里面存儲(chǔ)的指向Class類元信息的指針再次到方法區(qū)拿到Class對(duì)象，進(jìn)行了兩次指針尋找。具體講解圖如下：

總結(jié)

本文首先介紹了JVM中對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程，接著就是介紹對(duì)象的內(nèi)存布局，最后就是說(shuō)到了對(duì)象的訪問(wèn)方式，其中對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程比較重要的一塊內(nèi)容就是分配內(nèi)存。




作者：碼農(nóng)飛哥
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