第二篇 java虚拟机对象探秘

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  上章介绍完java虚拟机的运行时数据区之后,我们大概知道了虚拟机内存的情况,下面我们讲解虚拟机内存中的其他细节,比如他们是如何创建,如何布局,如何访问的。我们以java堆为例,深入探讨Hotspot虚拟机在java堆中对象的分配,布局以及访问的全过程。

2.1 对象的创建

  java程序运行过程中无时无刻都有对象被创建出来。在语言层面,创建对象(克隆,反序列化)通常仅仅是一个new关键字,而在虚拟机中,对象(仅包括不同对象,不包括数组和class对象)的创建,首先将去检查new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经被加载,解析,和初始化。如果没有那么先执行相应类的加载过程 。

2.1 .1 对象的分配内存空间机制

  在类加载检查通过之后,接下来虚拟机将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,为对象分配内存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。假设java堆中内存是绝对规整的,所有用过的内存都放在一边,空闲的内存就放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,那所分配的内存就仅仅是把指针向空闲空间挪动一段与对象大小相等的距离,这种分配方式称为 “指针碰撞”。如果java堆中内存并不是规整的,已使用的内存和空闲的内存相互交错,那就没有办法简单的进行指针碰撞了,虚拟机就必须维护一个列表,记录那些内存块时可用的,在分配内存的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录,这种分配方式成为“空闲列表”。选择哪种分配方式由java堆是否规整决定,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。因此,在使用Serial,ParNew等带有compact过程的收集器时,系统采用的分配算法是指针碰撞,而使用cms这种基于Mark-sweep算法的收集器时,通常采用空闲列表。
   除如何划分可用空间之外,还有另外一个需要考虑的问题时创建对象在虚拟机中是非常频繁的行为,即使是仅仅修改一个指针所指向的位置,在并发情况下也并不是线程安全的,可能出现正在给对象a分配内存,指针还没来及修改,对象b又同时使用了原来的指针分配内存。解决这种问题有两种解决方案:一种是对分配内存空间的动作进行同步处理—-实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证了更新操作的原子性;另一种是把内存的分配动作按照线程划分在不同空间进行,即每个线程在java堆中都预先分配一块小内存,称为本地线程分配缓冲(TLAB)。哪个线程要分配内存,就在那个线程的TLAB上分配,只有TLAB用完并分配新的tlab时,才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UserTLAB参数来设定。
   内存分配完成后,虚拟机需要将分配到的内存空间赋值0,这一步保证了对象的实例字段即使在java代码中没有初始值,也能够直接使用,程序能够访问到这些字段的数据类型所对应的初值。
   接下来,虚拟机要对对象进行必要的设置,比如: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hash码,对象的GC分代年龄信息,这些信息存放在对象的对象头之中(object header),根据虚拟机当前运行状态的不同(是否启用偏向锁),对象头会有不同的设置方式。
   从虚拟机角度来说,一个新的对象产生了,但从java程序的角度来看,对象的创建才刚开始,init方法还没有执行,所有的字段还都为零,所以,一般来说(由字节码中是否跟随invokespecial指令所决定),执行new指令之后会接着执行init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产生出来。

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