3.对象的创建

3对象的创建

对象创建过程

类加载->对象空间分配->设置对象头->对象初始化

类加载

• java类加载连接初始化是在程序运行期间完成的。

• 类的生命周期：加载，验证 准备 解析(都属于连接过程)，初始化，使用，卸载。

• 解析可能在初始化之后，其他阶段可能是交叉进行的。

• 初始化开始时间

  • new，调用静态方法，反射调用，初始化子类的时候先触发父类的初始化，先初始化main方法在的主类，使用动态语言支持时。
  • 注：以上为有且只有，因此例如通过子类调用父类的静态变量时不会初始化子类，只初始化父类、声明对象数组不会导致初始化，调用类中的常量也不会导致初始化。
  • 接口初始化与类的区别：同类初始化时间相同，但当子接口初始化的时候不需要父类接口初始化。

1. 加载

   • 通过类的全限定名获得class文件的二进制流-》将字节流转化到方法区中-》生成一个代表此类的class对象代作为方法区这个类的各种数据的访问入口(此对象不一定存在堆中可能在方法区)。
   • 数组类的加载不同，数组类由jvm创建不经过类加载器，如果数组里存储的是引用类型则调用此引用类的加载过程，并将数组类标识到此引用类的类加载器上。如果不是引用类型而是基本类型如int[]数组则将数组类标记到引导类加载器上。数组类可见性与数组中的元素类可见性一致，基本类型则默认为public。
   • 加载与验证交叉进行，验证可能在加载的过程中开始。

2. 连接-验证

   • 确保class字节流中的信息是安全的符合要求的。因此是可关闭大部分的验证过程的。

   • 文件格式验证->元数据验证->字节码验证->符号引用验证

   • 文件格式验证

     • 主要目的保证字节流能正确解析并存储于方法区。通过此验证后才会进入方法区存储。
     • 是否以魔数开头(以此确认是否为class文件)，主次版本号是否可在当前jvm上运行，常量是否有不被支持的类型(检查tag标志)，指向常量的索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量，是否有被删除或被附加的其他信息。等等

   • 元数据验证

     • 对字节码中的信息进行语义分析(数据类型校验)，保证符合java语言规范。
       • 是否有父类(除了object类所有类必须由父类)
       • 是否继承了不允许被继承的类
       • 是否实现了父类或接口中要求实现的方法(抽象类接口除外)
       • 是否存在不合规的重载或覆盖

   • 字节码验证

     • 确定程序语义合法，方法体验证.
       • 栈中的数据类型与指令代码序列对应
       • 跳转指令不会跳出方法体
       • 方法体中的类型转换是有效的b

   • 符号引用验证

     • 符号引用转化为直接引用时进行的验证，在解析阶段发生。
     • 对类自身以外的信息(常量池中的符号引用)进行匹配验证
       • 符号引用中的全限定名是否可以找到对应的类
       • 指定类中是否存在符合描述的方法和字段
       • 符号引用中的类、字段、方法的访问性(privatepublic)是否可以访问

3. 连接-准备

   • 正式为类变量分配内存并设置类变量初始值(此初始值为类型初始值非定义的初始值)的阶段，这些变量分配到方法区。
   • 类常量会直接赋予用户定义的值而不是类型初始值。

4. 解析

   • 符号引用转换为直接引用的阶段。
     • 符号引用
       • 用符号来表示引用的目标，引用的目标可能还没加载到内存，与内存布局无关。
     • 直接引用
       • 直接指向目标的指针相对偏移量可以定位目标的句柄等，引用的目标已经存在于内存中。
   • 可以根据需要判断是在类加载时进行解析或等到被使用时再解析。

5. 初始化

   • 初始化阶段才是真正在执行类中的代码。准备阶段已经为类变量赋了系统默认初始值，初始化阶段将负责为类变量赋上java代码中定义的值。或者说是执行类构造器中的clinit方法。

     • clinit方法是由编译器生成的。

     • clinit方法的组成

       • 由java代码中的静态代码块和类变量定义的顺序来组成

       • static {
             i=0;
             System.out.println(i);//错误示范
         }
         int i=2;
         //注意此类中静态代码块在前，静态代码块中引用的变量在代码块后定义，但是因为变量是在准备过程中分配的空间，因此可以对i进行赋值，但是不可以进行访问。

       • 父类的clinit方法先执行，子类的后执行。注：但父接口中的clinit方法只有在使用父类的变量时才执行。

   至此类加载过程结束。

6. 类加载器

   • jvm把加载过程中的通过类的全限定名获取二进制流的动作放到jvm外部实现，因此可以自定义加如何去获得类的二进制流。

   • 类加载器的功能除了加载以外还用于确定一个类的唯一性。类的唯一性由类加载器和它本身来一同确定。类的唯一性会导致class对象的equals方法，isAssignableFrom方法，isInstance方法，instanceof关键字的返回结果。

   • 类加载器的分类

     • 启动类加载器Bootstrap类加载器，c++实现。在java中用null代替。
     • 其他类加载器，java实现，继承自java.lang.ClassLoader。
       • 扩展类加载器
       • 应用程序类加载器
       • 用户自定义的类加载器
     • 双亲委派模型
       • 类的加载委托给此类加载器的父类加载器，若父类加载器失败则由此类加载器再进行加载。
       • 被破坏：如jndi服务，它是由启动类加载器加载但其需要调用的代码是在classpath下的因此启动类加载器无法加载，便引入了线程上下文加载器来破坏双亲委派模型。

对象空间分配

• 在类加载过程之后便开始为新对象在堆上分配内存，内存大小在类加载时便确定，因此只需在堆中划分出内存空间便可。

• 内存空间分配：

  • 指针碰撞
    • 若堆是规整的则采用一个指针，指针左侧是已经分配了的对象，右侧是空闲的空间。
  • 空闲列表
    • 若堆是不规整的，则采用空闲列表存储可用的内存区域，分配时从中选出符合大小的内存区域。
  • 指针碰撞还是空闲列表取决于垃圾收集器是否带有整理功能。
  • 因为分配内存是线程不安全的，所以一般采用cas加上失败重试的方式来保证操作的原子性，并通过本地线程分配缓冲TLAB来提前为线程分配属于自己的空间来避免同步问题。并在属于自己的空间不够时再进行cas+重试来保证扩容的原子性。

对象内存布局

• hotspot虚拟机中对象的内存布局分为对象头，实例数据，对齐填充三个部分。
• 对象头
  • 同虚拟机位数相同的MarkWord区域，用来存储运行时数据.
    • 如：哈希码，gc年龄，锁状态等等。
  • 类型指针，对象指向它的类元数据的指针。（是否存在指向类元数据的指针取决于虚拟机实现方式，存在不通过对象来寻找对象对应的类信息的方式）
• 实例数据
  • 代码中定义的各种类型的内容，一般分类按顺序放置。包括父类的中继承的数据。
• 对齐填充
  • 对象内存必须整数个bit。

对象初始化

元数据的指针取决于虚拟机实现方式，存在不通过对象来寻找对象对应的类信息的方式）

• 实例数据
  • 代码中定义的各种类型的内容，一般分类按顺序放置。包括父类的中继承的数据。
• 对齐填充
  • 对象内存必须整数个bit。

对象初始化

• 执行对象的init方法来对对象中的字段进行赋值初始化。此前字段均为0。