Java虚拟机(HotSpot)-对象:创建、内存布局、访问定位

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《深入理解Java虚拟机》第2版-第二章读书笔记

对象的创建

1.检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到这个类的符号引用,如果存在即进入2

2.检测该符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过,若没有,则先执行相应的类的加载过程

3.通过了上面的加载检查后,虚拟机为新生对象分配内存(对象所需内存的大小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堆中划分出来。

4.内存分配完后,虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头),确保对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值直接使用(访问到这些字段的数据类型的对应的零值)

5.虚拟机对对象进行必要的设置(例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等存放在对象头的信息)

6.执行init方法,也就是构造函数,按照程序员的意愿进行初始化。

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3个区域:

对象头(Header):

对象头包括两部分信息:

对象自身的运行时数据(Mark Word):

包括了哈希吗、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。
对象需要存储的运行时数据很多(超过32位、64位),而且这部分数据属于额外的存储成本(与对象自身定义的数据无关),因此被设计成非固定的数据结构,它会根据对象的状态复用自己的存储空间。

不同状态下的Mark Word的存储的数据结构:
存储结构

网上看到有博客更详细的介绍了这个:http://blog.csdn.net/miyao16/article/details/4909350

占用空间:

32位虚拟机:32bit
64位虚拟机:64bit

类型指针(对象指向它的类元数据的指针):

虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。但是查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身,因此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。

另外,如果一个对象是一个java数组,那在对象头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大小中却无法确定数组的大小。

实例数据(Instance Data):

这部分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(包括从父类继承的和在子类中定义的)。
它们的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(ordinary object pointers),相同宽度的字段总是分配到一起。在这个前提下,父类中定义的变量会出现在子类之前。

对齐填充(Padding):

仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM要求对象起始地址必须为8字节的整数倍(对象的大小必须是8字节的整数倍),因此实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补充。

对象的访问定位

使用句柄访问:

在java堆中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。
句柄访问

优势:

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。

使用直接指针访问:

reference中存储的直接就是对象地址,而java堆中对象的布局还要考虑如何放置访问类型数据的相关信息。(HotSpot虚拟机采用的方式)
直接指针访问

优势:

速度更快,节省了一次指针定位的时间开销。

比较:

在由于对象被移动需要改变对象实例数据的指针时,句柄访问方式中只需要改变句柄中的指针即可,而直接指针访问则需要改变所有使用到该reference的栈中的reference(reference中存储的就是对象实例数据的指针)。
但是,在对象访问时,句柄访问需要2次的指针定位,而直接指针访问则只需要一次,而且java中对象的访问非常频繁,因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。

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