Java虚拟机之内存区域--HotSpot虚拟机对象

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HotSpot虚拟机在Java堆中对象分配、布局和访问。

1.对象的创建

在语言层面上,创建对象(例如克隆、反序列化)通常仅仅是一个new关键字而已。

虚拟机遇到一条new指令时,首先将去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,那必须先执行相应的类加载过程。

在类加载检查通过后,接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需的内存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堆中划出来。

分配方式:”指针碰撞“、“空闲列表”。

选择哪种分配方式是由Java堆是否规整决定,而Java堆是否规整又有所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

2.对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。

对象头

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息:

(1)用于存储自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等,这部分数据长度在32位和64位的虚拟机(未开启压缩指针)中分别为32bit和64bit,官方称它为“Mark Word”。

(2)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去确定这个对象是哪个类的实例。注意:并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针,换句话说,查找对象的元数据信息并不一定要经哟对象本身。

另外,如果对象是一个Java数组,那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据,因为虚拟机可以通过普通的Java对象的元数据信息确定Java对象的大小,但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。

实例数据

是对象真正存储的有效信息,也是在程序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。

HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/double、ints、shorts/chars、bytes/booleans、opps(Ordinary Object Pointers),从分配策略看出,相同宽度的字段总是被分配到一起。

对齐填充

并不是必然存在的,也没有特别的含义,仅仅起着占位符的作用。HotSpot虚拟机要求对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数,因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要对齐填充来补全。

3.对象的访问定位

建立对象是为了使用对象,Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。对象访问方式取决于虚拟机实现而定。主流的访问方式有两种:

(1)句柄访问,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数据与类型数据各自的具体地址信息,如下图所示。

通过句柄访问对象

(2)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,如下图所示。

通过直接指针访问对象

分析:

(1)使用句柄来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(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要修改。

(2)使用直接指针访问的最大好处就是速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销。

就HotSpot虚拟机而言,它是使用第二种方式进行对象访问的。

参考自:《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践(第2版)》周志明

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