【漫画】Java对象的创建和访问全过程详解

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漫画由小猿编写创作

仔细看下面的流程图，我们先来获取一个直观的认识，然后再一点一点的进行详细分析！

对象的创建（遇到一条 new 指令时）

  1. 检查这个指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并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，先把这个类加载进内存；

  2. 类加载检查通过后，虚拟机将为新对象分配内存，此时已经可以确定存储这个对象所需的内存大小；

  3. 在堆中为新对象分配可用内存；

  4. 将分配到的内存初始化；

  5. 设置对象头中的数据；

  6. 此时，从虚拟机的角度看，对象已经创建好了，但从 Java 程序的角度看，对象创建才刚刚开始，构造函数还没有执行。

1、如何在堆中为新对象划分可用的内存？

  • 指针碰撞（内存分配规整）

    • 用过的内存放一边，没用过的内存放一边，中间用一个指针分隔；

    • 分配内存的过程就是将指针向没用过的内存那边移动所需的长度；

  • 空闲列表（内存分配不规整）

    • 维护一个列表，记录哪些内存块是可用的；

    • 分配内存时，从列表上选取一块足够大的空间分给对象，并更新列表上的记录；

2、如何处理多线程创建对象时，划分内存的指针的同步问题？

  • 对分配内存空间的动作进行同步处理（CAS）；

  • 把内存分配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）；

    • 哪个线程要分配内存就在哪个线程的 TLAB 上分配，TLAB 用完需要分配新的 TLAB 时，才需要同步锁定；

    • 通过 -XX:+/-UseTLAB 参数设定是否使用 TLAB。

对象的内存布局

在 HotSpot 虚拟机中，对象在内存中存储布局分为 3 块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding），下面详细讲解各部分内容。

  • 对象头：

    • 第一部分：存储对象自身运行时的数据，HashCode、GC分代年龄等（Mark Word）；

    • 第二部分：类型指针，指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来判断这个对象是哪个类的实例（HotSpot 采用的是直接指针的方式访问对象的）；

    • 如果是个数组对象，对象头中还有一块用于记录数组长度的数据。

  • 实例数据：

    • 默认分配顺序：longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops (Ordinary Object Pointers)，相同宽度的字段会被分配在一起，除了 oops，其他的长度由长到短；

    • 默认分配顺序下，父类字段会被分配在子类字段前面。

  • 对齐填充：不是必然存在的，没有特别的含义，它仅起到占位符的作用。

注：HotSpot VM要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍，所以不够要补齐。

对象的访问

Java 程序需要通过虚拟机栈上的 reference 数据来操作堆上的具体对象，reference 数据是一个指向对象的引用，不过如何通过这个引用定位到具体的对象，目前主要有以下两种访问方式：句柄访问和直接指针访问。

句柄访问

句柄访问会在 Java 堆中划分一块内存作为句柄池，每一个句柄存放着到对象实例数据和对象类型数据的指针。

优势：对象移动的时候（这在垃圾回收时十分常见）只需改变句柄池中对象实例数据的指针，不需要修改reference本身。

直接指针访问

直接指针访问方式在 Java 堆对象的实例数据中存放了一个指向对象类型数据的指针，在 HotSpot 中，这个指针会被存放在对象头中。

优势：减少了一次指针定位对象实例数据的开销，速度更快。

今日话题

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