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(B)不复制，新的对象(A1)也会指向该引用对象(B)

new对象的创建过程

1、虚拟机遇到一条new指令的时候，首先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被加载、解析和初始化过，如果没有，那就必须先执行相应的类加载过程。

2、在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存，对象所需内存的大小在类加载完后便可完全确定，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堆中划分出来。

如果Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点，那么分配内存就是把指针向空闲内存那边挪动一段和对象大小相等的距离，这种分配方法称为“指针碰撞”。
如果Java堆中的内存并不规整，已用内存和空闲内存相互交错，那就没办法进行简单的指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录哪块内存是可用的，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。这种分配方法称为“空闲列表”。

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

在使用Serial、ParNew等带有Mark-Compact（标记-整理）过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞。
在使用CMS这种基于Mark-Sweep（标记-清除）算法的收集器时，系统采用的分配算法是空闲列表。

4、分配内存的时候，有时候会遇到线程安全的问题。创建对象操作是非常频繁的，这样就有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有同时使用了原来的指针来分配内存的情况，这时候就产生线程安全的问题，解决这种问题主要有两种办法：

对分配内存空间的动作进行同步处理，这种同步处理实质是CAS（Central Authentication Service，中央认证服务）配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
把内存分配的动作行为按照线程划分在不同的空间中进行。每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB），每个线程要分配内存就在自己的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要进行同步锁定。虚拟机上是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数设定。

5、内存分配完毕，虚拟机需要将分配到的内存空间初始化为零值（不包括对象头）。如果使用了TLAB，这一工作过程可以提前至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。

6、接下来，虚拟机要对对象进行一些必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到这个类的元数据信息、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的对象头之中。根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否使用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

7、到这一步，从虚拟机角度来看，一个新的对象已经产生了。但是从Java程序的角度看，对象创建才刚刚开始--init方法还没执行，所有的字段都还为零。所以执行new指令之后会接着执行<init>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生产出来。

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的存储布局可以分为3个区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。

1、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，如哈希码、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。
第二部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是那个类的实例。

2、实例数据部分是存储对象的真正的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。

3、对齐填充部分并不是必然存在的，没有特别含义，仅仅起着占位符的作用。在HotSpot的自动内存管理系统要求对象的大小必须是8字节的整数倍，而对象头部分正好是8字节的倍数，因此当对象的实例数据部分，没有对齐时，就需要通过对齐填充来不全。

对象的访问定位

Java程序需要通过栈上的引用数据（reference）来操作堆上的具体对象，引用定位和访问堆中的对象的方式主要有两种：

1、使用句柄。

Java堆中会划分出一块内存来作为句柄池，引用中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象的实例数据和类型数据各自的具体地址信息。

这种访问方式的最大好处就是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）时这会改变句柄中实例数据指针，而reference本身则不需要修改。

2、直接指针。

Java堆中对象的布局中必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而引用中存储的直接就是对象地址。

这种访问方式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，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。

HotSpot虚拟机使用了直接指针的方式访问对象。