HotSpot虚拟机对象介绍

1.对象的创建

Java是一门面向对象语言，在运行过程中无时不刻不在创建对象。从语言层面，创建对象仅仅是一个new关键字而已，而在虚拟机中，对象（文中讨论的对象仅限于普通java对象，不包含数组和Class对象等）的创建又是怎么样的过程呢？

1.1类加载检查

虚拟机遇到一条new指令的时候，首先将去检查这个指令的参数在常量池中能否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被加载、解析和初始化过。如果没有，则必须先执行对应的类加载过程。

1.2内存分配

在类加载检查通过后，将会为对象分配内存，对象所需的内存大小在类加载完成后便可完全确定，因此为对象划分内存空间就是从java堆中划分出一块确定大小的内存。分配内存有两种方式：

• 指针碰撞(Bump the Pointer)：假设java堆中的内存是规整的，所有用过的内存放在一边，未用的内存放在另一边，使用一个指针作为分界点，则为对象分配内存的过程就是将指针向用过的内存那边移动对象大小个单位的过程。
• 空闲列表(Free List):假设java堆中的内存是非规整的，即用过的内存和未用的内存交错存在，那么需要维护一个列表，记录哪些内存块是用过的，哪些是未用的，则为对象分配内存的过程就是从列表中选取一块大小足够容纳对象的未用内存块的过程。

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

除了内存划分的方式外，还有一个需要考虑的问题是内存划分的线程安全问题。在并发情况下可能会出现正在给A对象分配内存，指针还没来得及修改，对象B又使用了原来的指针分配内存的情况。解决这个问题有两种方案：

• 一种是对分配内存空间这个动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；
• 另一种是把内存分配的动作按照线程划分到不同的空间中执行，即每个线程预先在Java堆中分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)，线程分配内存在自己的TLAB上进行，只有TLAB用完的时候，才需要同步锁定并分配新的TLAB。

1.3内存空间初始化

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），如果使用了TLAB，这一过程也可以提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就能直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

1.4对象初始化

完成了上面的几个步骤，从虚拟机的角度来说，一个新的对象已经产生了，但是从Java程序的角度，一个对象的创建才刚刚开始。接下来会执行实例初始化方法--即 "<init>()" 方法()，此方法与源代码中的每个构造方法相对应，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产生出来。

2.对象的内存布局

上图是Java对象在内存中的存储区域示意图，可以看到分为了3块区域：对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。下面依次介绍：

2.1对象头

对象头包括两部分信息：

• Mark Word：用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（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。
• 类型指针：即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针确定这个对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，也就是说查找对象的元数据信息不一定要通过对象本身。

补充：如果对象是一个java数组，那么对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以从普通对象的元数据信息确定对象的大小，但是通过数组的元数据无法确定数组的大小。

2.2实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也就是程序中定义的各种类型的字段内容。

2.3对齐填充

对齐填充不是必然存在的，也没有特殊含义。它仅仅起着占位符的作用。HotSpot的自动内存管理系统要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，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。

3.对象的访问定位

创建对象的目的就是为了使用对象，java程序中需要通过虚拟机栈中的reference来操作具体对象。reference类型在java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有规定这个引用应该用何种方式去定位堆中对象的具体位置。所以对象访问的方式是由虚拟机的实现方式决定的。目前主流的有两种：使用句柄或直接指针。

3.1使用句柄

使用句柄访问的话，会在Java堆中划分出一部分内存用来存储句柄池，每个reference中存储的是对象的句柄地址，句柄保存了对象的实例指针和类型指针，分别指向对象实例数据和对象类型数据。

3.2直接指针

使用直接指针的话，reference中直接保存对象实例的地址，对象实例中保存到对象类型数据的指针。

这两种对象访问方式各有优势，使用句柄的最大好处是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）时只会修改句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。

使用直接指针的最大好处就是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。HotSpot使用的是直接指针方式。