【JVM】十、对象的实例化、内存布局与访问定位

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10-对象的实例化、内存布局与访问定位

一、对象的实例化

创建对象的方法

1. new，使用new关键字、单例模式下调用静态方法创建、通过建造者模式还有工厂模式创建（xxxBuilder，xxxFactory）
2. 通过反射方式，Class的newInstance（）只能调用无参的构造器，而且访问修饰符必须是public
3. 也是通过反射的方式，Constructor的newInstance（xxx），可以无参也可以有参，访问控制符没有限制
4. clone（）：不用任何构造器，当前类实现Cloneable接口，实现clone（）
5. 使用反序列化创建对象，通过文件、网络获得二进制流进行反序列化创建对象
6. 使用第三方库创建对象

创建对象的步骤

1. 判断对象对应的类是否加载、链接（验证、准备、解析）、初始化

   虚拟机遇到一条new指令，首先去检查这个指令的参数能否在Metaspace的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经被加载、解析和初始化。（即判断类元信息是否存在）。如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为Key进行查找对应的.class文件。如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的 Class 类对象。

2. 为对象分配内存

   首先计算对象占用空间大小，接着在堆中划分一块内存给新对象。如果实例成员变量时引用变量，仅分配引用变量空间即可，即 4 个字节大小。

   • 如果内存时规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（ Bump The Pointer）来为对象分配内存。

     意思是所有用过的内存在一边，空间的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew 这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有 compact（整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。

   • 如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虚拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。

     意思是虚拟机维护了一个列表，记录上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实例，并更新列表上的内容。这种分配方式成为“空闲列表（Free List）”。

   说明：选择哪种分配方式由 Java 堆是否规整规定，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。

3. 处理并发安全问题。

   采用CAS配上失败重试保证更新的原子性，或者每个线程预先分配一块TLAB。

4. 初始化分配到的空间

   所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用。

5. 设置对象的对象头

   将对象的所属类（即类的元数据信息）、对象的HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于 JVM 实现。

6. 执行 init 方法进行初始化，主要是显示初始化、代码块初始化、构造器初始化

   在 Java 程序的视角看，初始化才正式开始。初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。

   因此一般来说（由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定），new指令之后会接着就是执行方法，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创建出来。

二、对象的内存布局

一个对象在堆内存的分布时怎么样的呢?主要有对象头、实例数据、对齐填充

对象头（Header）

对象头包含两部分信息：运行时元数据、类型指针

运行时元数据（Mark Word）主要包括了哈希值（HashCode）、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

类型指针则是指向元数据InstanceKlass，确定该对象所属的类型

说明：如果是数组，还需记录数组的长度。

实例数据

它是对象正在存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段）

规则：

• 相同宽度的字段总是被分配一起
• 父类中定义的变量会出现在子类之前
• 如果CompactFields参数为true（默认为true）：子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙

对象填充

不是必须的，也没特别含义，仅仅起到占位符的作用

图示

这个图真的好牛逼好牛逼，太清楚了，一看把之前心中的疑惑全解开了，把这个图记住差不多本章的内容就掌握的差不多了。

三、对象的访问定位

图示

• 创建对象的目的是为了使用它

• JVM 是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例的呢？通过栈上reference访问

对象访问方式

句柄访问

句柄访问需要开辟一个空间，先访问句柄，然后通过句柄池在访问对象类型数据，访问效率比较低

好处：reference中存储稳定句柄地址，对象被移动（垃圾收集时移动对象很普遍）时只会改变句柄中实例数据指针即可，reference本身不需要被修改。

直接指针（HotSpot采用）

访问效率高一些

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笔记：

给对象的属性赋值的操作：

1、属性的默认初始化

2、显式初始化

3、代码块中初始化

4、构造器中初始化

2/3/4在

对象实例化的过程

1、加载类元信息

2、为对象分配内存

3、处理并发问题

4、属性的默认初始化（零值初始化）

5、设置对象头的信息

6、属性的显示初始化、代码块中的初始化、构造器中初始化

new Object() 就像捏面人，new则是形状出来了，Object（）就好比上色吧