Java虚拟机之对象的创建及内存布局

一、对象的创建

在语言层面上,对象的创建通常仅仅是一个new关键字而已,而当虚拟机接收到一个new指令时,它会做如下的操作。

  1. 虚拟机接收到一条new指令时,首先会去检查这个指定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类加载器加载、链接和初始化过。如果没有则先执行相应的类加载过程。

  2. 类加载完成后,接着会在Java堆中划分一块内存分配给对象。内存分配根据Java堆是否规整,有两种方式:(1)指针碰撞:如果Java堆的内存是规整,即所有用过的内存放在一边,而空闲的的放在另一边。分配内存时将位于中间的指针指示器向空闲的内存移动一段与对象大小相等的距离,这样便完成分配内存工作。(2)空闲列表:如果Java堆的内存不是规整的,则需要由虚拟机维护一个列表来记录哪些内存是可用的,这样在分配的时候可以从列表中查询到足够大的内存分配给对象,并在分配后更新列表记录。

  3. 创建对象是一个非常频繁的操作,所以需要解决并发的问题。而解决并发的问题有两种方式:(1)对分配内存空间的动作进行同步处理,比如在虚拟机采用CAS算法并配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。(2)每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,这块内存称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer)简写为TLAB,线程需要分配内存时,就在对应线程的TLAB上分配内存,当线程中的TLAB用完并且被分配到了新的TLAB时,这时候才需要同步锁定。通过-XX:+/-UserTLAB参数来设定虚拟机是否使用TLAB。

  4. 将分配到的内存,除了对象头都初始化为零值。
  5. 将对象的所属类、对象的HashCode和对象的GC分代年龄等数据存储在对象的对象头中。
  6. 执行init方法,初始化对象的成员变量、调用类的构造方法。

二、对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局分为三个区域,分别是对象头(Header)、实例数据(Instance Data)、对齐填充(Padding)。
(1)对象头:对象头包括两部分信息分别是Mark World和元数据指针,Mark World用于存储对象运行时的数据,比如HashCode、锁状态标志、GC分代年龄等。而元数据指针用于指向方法区的中目标类的类型信息,通过元数据指针可以确定对象的具体类型。
(2)实例数据:用于存储对象中的各种类型的字段信息(包括从父类继承来的)。
(3)对齐填充:对齐填充不一定存在,起到了占位符的作用,没有特别的含义。

三、对象的访问定位

建立对象是为了访问对象,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Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用,所以对象的访问方式也是取决于虚拟机的实现而定的。目前主流的访问方式有二种:
(1)句柄访问
使用句柄访问时,Java堆将会划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数据和类型数据各自的具体信息。具体如图所示
句柄访问
(2)直接指针访问
如果使用直接指针访问,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。
直接指针访问


【参考资料】
《深入理解JVM虚拟机》周志明 著

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