前言

在前一篇文章中我们学习了Java虚拟机的结构原理与运行时数据区域,那么我们大概知道了Java虚拟机的内存的概况,那么内存中的数据是如何创建和访问的呢?这篇文章会给你答案。

1.对象的创建

对象的创建通常是通过new一个对象而已,当虚拟机接收到一个new指令时,它会做如下的操作。 
(1)判断对象对应的类是否加载、链接、初始化 
虚拟机接收到一条new指令时,首先会去检查这个指定的参数是否能在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被类加载器加载、链接和初始化过。如果没有则先执行相应的类加载过程。关于类加载器我们在前一篇文章中已经提到过,这里不再赘述。

(2)为对象分配内存 
类加载完成后,接着会在Java堆中划分一块内存分配给对象。内存分配根据Java堆是否规整,有两种方式:

  • 指针碰撞:如果Java堆的内存是规整,即所有用过的内存放在一边,而空闲的的放在另一边。分配内存时将位于中间的指针指示器向空闲的内存移动一段与对象大小相等的距离,这样便完成分配内存工作。
  • 空闲列表:如果Java堆的内存不是规整的,则需要由虚拟机维护一个列表来记录那些内存是可用的,这样在分配的时候可以从列表中查询到足够大的内存分配给对象,并在分配后更新列表记录。

Java堆的内存是否规整根据所采用的来及收集器是否带有压缩整理功能有关,关于垃圾收集器,本系列后面的文章会介绍。

(3)处理并发安全问题 
创建对象是一个非常频繁的操作,所以需要解决并发的问题,有两种方式:

  • 对分配内存空间的动作进行同步处理,比如在虚拟机采用CAS算法并配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
  • 每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,这块内存称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer)简写为TLAB,线程需要分配内存时,就在对应线程的TLAB上分配内存,当线程中的TLAB用完并且被分配到了新的TLAB时,这时候才需要同步锁定。通过-XX:+/-UserTLAB参数来设定虚拟机是否使用TLAB。

(4)初始化分配到的内存空间 
将分配到的内存,除了对象头都初始化为零值。

(5)设置对象的对象头 
将对象的所属类、对象的HashCode和对象的GC分代年龄等数据存储在对象的对象头中。

(6)执行init方法进行初始化 
执行init方法,初始化对象的成员变量、调用类的构造方法,这样一个对象就被创建了出来。

2.对象的堆内存布局

对象创建完毕,并且已经在Java堆中分配了内存,那么对象在堆内存是如何进行布局的呢? 
以HotSpot虚拟机为例,对象在堆内存的布局分为三个区域,分别是对象头(Header)、实例数据(Instance Data)、对齐填充(Padding)。

  • 对象头:对象头包括两部分信息分别是Mark World和元数据指针,Mark World用于存储对象运行时的数据,比如HashCode、锁状态标志、GC分代年龄等。而元数据指针用于指向方法区的中目标类的类型信息,通过元数据指针可以确定对象的具体类型。
  • 实例数据:用于存储对象中的各种类型的字段信息(包括从父类继承来的)。
  • 对齐填充:对齐填充不一定存在,起到了占位符的作用,没有特别的含义。

对象的内存布局如下图所示。 

3.HotSpot的对象模型

HotSpot中采用了OOP-Klass模型,它是用来描述Java对象实例的一种模型,OOP(Ordinary Object Pointer)指的是普通对象指针,而Klass用来描述对象实例的具体类型。 
HotSpot中,用instanceOopDesc 和 arrayOopDesc 来描述对象头,其中arrayOopDesc对象用于描述数组类型。 
instanceOopDesc的代码如下所示。 
openjdk/hotspot/src/share/vm/oops/instanceOop.hpp

class instanceOopDesc : public oopDesc {
public:
// aligned header size.
static int header_size() { return sizeof(instanceOopDesc)/HeapWordSize; } // If compressed, the offset of the fields of the instance may not be aligned.
static int base_offset_in_bytes() {
// offset computation code breaks if UseCompressedClassPointers
// only is true
return (UseCompressedOops && UseCompressedClassPointers) ?
klass_gap_offset_in_bytes() :
sizeof(instanceOopDesc);
} static bool contains_field_offset(int offset, int nonstatic_field_size) {
int base_in_bytes = base_offset_in_bytes();
return (offset >= base_in_bytes &&
(offset-base_in_bytes) < nonstatic_field_size * heapOopSize);
}
};

可以看出instanceOopDesc继承自oopDesc: 
openjdk/hotspot/src/share/vm/oops/oop.hpp

class oopDesc {
friend class VMStructs;
private:
volatile markOop _mark;
union _metadata {
Klass* _klass;
narrowKlass _compressed_klass;
} _metadata; // Fast access to barrier set. Must be initialized.
static BarrierSet* _bs;
...
}

oopDesc中包含两个数据成员:_mark 和 _metadata。其中markOop类型的_mark对象指的是前面讲到的Mark World。_metadata是一个共用体,其中_klass是普通指针,_compressed_klass是压缩类指针,它们就是前面讲到的元数据指针,这两个指针都指向instanceKlass对象,它用来描述对象的具体类型。 
instanceKlass的代码如下所示。 
openjdk/hotspot/src/share/vm/oops/instanceKlass.hpp

class InstanceKlass: public Klass {
...
enum ClassState {
allocated, // allocated (but not yet linked)
loaded, // loaded and inserted in class hierarchy (but not linked yet)
linked, // successfully linked/verified (but not initialized yet)
being_initialized, // currently running class initializer
fully_initialized, // initialized (successfull final state)
initialization_error // error happened during initialization
};
...
}

instanceKlass继承自Klass ,枚举ClassState 用来标识对象的加载进度。 
知道了OOP-Klass模型,我们就可以分析Java虚拟机是如何通过栈帧中的对象引用找到对应的对象实例,如下图所示。 

从图中可以看出,通过栈帧中的对象引用找到Java堆中的instanceOopDesc对象,再通过instanceOopDesc中的元数据指针来找到方法区中的instanceKlass,从而确定该对象的具体类型。

深入探究 JVM | klass-oop 对象模型研究 
JVM源码分析之Java对象的创建过程 
JVM源码分析之Java类的加载过程

Java虚拟机(二)对象的创建与OOP-Klass模型的更多相关文章

  1. Java虚拟机(二)-对象创建

    这一篇大致说明一下,对象在Java堆中对象分配.内存布局以及访问定位 1.对象的创建 虚拟机在遇到一条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,并且检查这个符号引 ...

  2. JAVA虚拟机:对象的创建过程

    简要说明的话,Java对象的创建过程分为下面几步: 1.执行相关检查: 2.为对象分配内存,将分配到的内存空间都初始化为零值: 3.进行构造代码块和构造函数的初始化 下面详细介绍这几个步骤: 1.执行 ...

  3. Java虚拟机学习-对象的创建

    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.解析和初始化过.如果没有,必须先执行相应类的加载过程. 类加载 ...

  4. JAVA虚拟机:对象的创建

    在虚拟机中,当遇到需要new一个对象时,虚拟机首先会去处于方法区的常量池中查找new指令的参数,即查找此类的符号引用是否已存在,并且检查此符号引用的代表类是否已经做过加载.解析和初始化,如果做过则不会 ...

  5. 深入Java虚拟机--判断对象存活状态

    程序计数器,虚拟机栈和本地方法栈 首先我们先来看下垃圾回收中不会管理到的内存区域,在Java虚拟机的运行时数据区我们可以看到,程序计数器,虚拟机栈,本地方法栈这三个地方是比较特别的.这个三个部分的特点 ...

  6. JAVA虚拟机之对象探秘

    上一章主要写到了JVM中运行时数据区域各个部分的功能及其作用.上一章说到了对象是分配在堆上面的,所以接下来我们写到对象在堆内存中是如何创建.如何布局.如何访问.1. 对象的创建 在java程序中对象的 ...

  7. 深入理解Java虚拟机(二)——HotSpot对象创建、内存、访问

    对象的创建 虚拟机遇到一条字节码new指令时,开始对象创建过程. 首先去检查这个指令的参数是否能在常量池定位到一个类的符号引用: 检查这个符号引用代表的类是否已被加载.解析和初始化,如果没有就必须执行 ...

  8. 深入理解Java虚拟机(二)、Java对象的创建,内存布局和访问定位

    对象的创建: Object obj = new Object(); 常量池中是否有Ljava.lang.Object

  9. Java 虚拟机的对象创建

    堆中存储的内容:在程序运行时,动态创建的对象. 创建对象的四种方式:new,clone(浅复制),反射,反序列化. 浅复制:只能复制当前对象本身,如果当前对象(A)引用了另外的对象(B),则引用对象( ...

  10. Java虚拟机判定对象存活算法

    1.引用计数算法 描述:给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值就加1:当引用失效时,计数器值就减1:任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的. 特点:实现简单,判定效率高. ...

随机推荐

  1. (转)Python3之pickle模块

    原文:https://www.cnblogs.com/wang-yc/p/5616579.html https://www.cnblogs.com/yuanzhaoyi/p/6093362.html- ...

  2. Python:SQLMap的工作流程

    流程图 代码解析 后面补充…… 版权 作   者:曾是土木人 新浪微博:http://weibo.com/cstmr 转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/hongfei/p/ ...

  3. Vue.js项目引入less文件报错解决

    解决方案: 需要局部安装vue-style-loader,less-loader,css-loader,vue-loader和less包(需注意就算全局安装以上包仍需局部安装) 即:npm i vue ...

  4. java多线程并发控制countDownLatch和cyclicBarrier的使用

    java主线程等待所有子线程执行完毕在执行,这个需求其实我们在工作中经常会用到,比如用户下单一个产品,后台会做一系列的处理,为了提高效率,每个处理都可以用一个线程来执行,所有处理完成了之后才会返回给用 ...

  5. ThreadPoolExecutor 中的 shutdown() 、 shutdownNow() 、 awaitTermination() 的用法和区别

    Java并发编程中在使用到ThreadPoolExecutor时,对它的三个关闭方法(shutdown().shutdownNow().awaitTermination())的异同点如下: shutd ...

  6. Chrome 的 Material Design Refresh UI初探

    今天Chrome自动升级到69.0.3497.92, 发现UI已经变成了"Material Design Refresh". Chrome 浏览器的页面标签已经不再像以往那样倾斜和 ...

  7. 全网最详细的Windows系统里Oracle 11g R2 Database(64bit)安装后的初步使用(图文详解)

    不多说,直接上干货! 前期博客 全网最详细的Windows系统里Oracle 11g R2 Database(64bit)的下载与安装(图文详解) 命令行方式测试安装是否成功 1)   打开服务(cm ...

  8. 【转载】Java8 HashMap之tableSizeFor

    Java8对许多内置的容器进行了优化与拓展,其中对HashMap的改变尤其大.之后将进行总结. 最近在看HashMap的源码时,发现了里面好多很不错的算法,相比Java7从性能上提高了许多.其中tab ...

  9. 从Spring-Session源码看Session机制的实现细节

    Re:从零开始的Spring Session(一) Re:从零开始的Spring Session(二) Re:从零开始的Spring Session(三) 去年我曾经写过几篇和 Spring Sess ...

  10. MVC应用程序显示上传的图片(续)

    上一篇<MVC应用程序显示上传的图片>http://www.cnblogs.com/insus/p/3597543.html 最后有提及没有实现用户点击图片,显示原图的功能.此篇Insus ...