Jvm对象探秘

1、对象的创建

        在语言层面，创建对象（列如克隆、反序列化）通常仅仅是一个new关键字而已。而在虚拟机中，当遇到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有个类的符号引用，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，那必须先执行相应的类加载过程。

       在类加载检查通过之后，jvm将为新生对象分配内存。对象所需要的内存在类加载完成之后便可以完全确定，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。

       假设Java堆中的内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在一边。中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配的内存仅仅就是把那个指针向空闲空间那边挪一段与对象大小相等的距离，这种分配方式叫“指针碰撞”。

       如果java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没有办法简单的进行指针碰撞了，虚拟机就必需维护一个列表，记录哪些内存块是可用的，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是实例，并且更新列表上的记录，这种分配方式称为“空闲列表”。

       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。除了划分可用空间之外，还需要考虑的是：对象的创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下载也并不是线程安全的。可能会出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。

       解决这个问题有两种方案：一种是对分配内存空间的动作进行同步处理;另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每一个线程在java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。哪个线程需要分配内存，就在哪个线程的TLAB分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。

       内存分配完成之后，jvm需要将分配到内存空间都初始化为零值，如果使用TLAB，这一工作过程也可以提前至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。

       接下来，虚拟机还要对对象进行表要的设置，例如这个对象是哪个类的实例，如何才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的对象头中。

        在上面工作都完成之后，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，对象创建才刚刚开始——＜init＞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＜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产生出来。

2、对象的内存布局

       对象在内存中的储存布局可以分为3部分：对象头、实例数据、对齐填充。

       对象头包括两部分信息：第一部分用于储存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;另外一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，jvm通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

       实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段的内容。无论是从父类继承下来的还是在子类中定义的，都需要记录下来。

      对齐补充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。由于jvm的自动内存管理系统要求对象起始地址是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。而对象头部分正好是8字节的倍数（1倍或者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

      java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定。目前主流的访问方式有句柄和直接指针两种。

      如果使用句柄访问的话，那么java堆中将会划分出一块内存作为句柄池，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类型数据各自具体地址信息。

       如果使用直接指针访问，那么java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。

       这两种对象访问方式各有优势，使用句柄访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（比如垃圾回收时）时只会改变句柄中的实例数据指针。而reference本身不需要改变。使用直接指针访问的方式的最大好处就是速度快，节省了一次指针定位的时间开销。由于对象在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项很大的成本。