HotSpot虚拟机对象探秘

一.对象的创建

通常我们会使用new关键字创建一个Java对象，那么对象的创建是个什么样的过程呢？虚拟机在遇到一条new指令时，会先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，就必须先执行类加载过程。

类加载检查通过后，虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存大小在类加载完成后便可完全确定，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。如果堆内存是绝对规整的，所有用过的内存放在一边，空闲的内存放在一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那么分配内存就是把指针像空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式成为指针碰撞。如果堆的内存不是规整的，虚拟机就必须维护一个列表，记录上那些内存块是可用的，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实例，并更新列表上的记录，这种分配方式成为空闲列表。使用哪种分配方式要看Java堆是否规整，这点是由垃圾回收期是否带有压缩整理功能来决定的。

需要考虑的一个问题是对象分配空间可能会面临并发问题，即使是仅仅修改一个指针执行的位置，在并发情况下也不是线程安全的，可能出现正在给A对象分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同事使用了原来的指针来分配内存情况。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，实际上虚拟机采用CAS配上失败充实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在不同的空间之中进行，每个线程在Java堆中余弦分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲TLAB,哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB通过-XX:+UseTLAB参数来设定。

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，所以对象的实例字段可以不赋初始值就可直接使用。接下来虚拟机要对对象进行必要的设置，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之中。上述完成之后，会执行init方法，将对象初始化，这样对象就算完全产生出来了。

二.对象的内存布局

对象在内存中的布局可以分为3快区域：对象头，实例数据和对其填充。

1.对象头包含两部分信息，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。对象头的另一部分是类型指针，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哪个类的实例。

2.实例数据是对象真正存储的有效信息，也就是代码中所定义的各种类型的字段内容，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。

3.对象填充并不是必然存在的，仅仅启着占位符的作用。当对象实例数据部分没有对齐是，就需要通过对齐填充来补全。

三.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，目前主流的访问方式有使用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来作为句柄池，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与类型数据各自的地址信息。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，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。HotSpot是使用了直接指针访问的方式访问对象的。