JVM创建对象及访问定位过程详解

1.对象的创建

• 虚拟机接收到new指令时，检查这个指令能否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。如果都没有，先执行类加载过程。
• 在类加载通过后，虚拟机为新对象分配内存（把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来），内存大小在类加载完成后即可完全确定。
• 两种分配方式：
  • (1)：指针碰撞：假设Java堆中内存是绝对规整的，即使用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为指示器，通过移动指针实现内存分配。
  • (2)：空闲列表：如果Java堆中的内存并不是规整的，即已使用的内存和空闲的内存相互交错，虚拟机就必须维护一个列表，记录哪些内存块是可用的，通过从列表中寻找空间划分给对象实例来分配内存。
• Java堆是否规整由所采用的垃圾收集器是否有压缩整理功能决定。
• 在虚拟机中创建对象不是线程安全的行为，可能出现在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又使用了原来的指针来分配内存。有两种解决方案：
• (1)：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更新操作的原子性；
• (2)：把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Loal Allocation Buffer,TLAB)。
• 内存分配完成后，需要将分配到的内存空间都初始化为零值，保证对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型对应的零值。
• 设置对象，把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中。

2. 对象的内存布局：对象在内存中存储的布局可以分为3块：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。对象头，包括两部分信息：

(1)：存储对象自身的运行时数据，如哈希码、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，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit，官方称为Mark Word（非固定的数据结构，根据对象的状态复用自己的存储空间）。

(2)：类型指针，即指向对象的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

• 实例数据：对象真正存储的有效信息，即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，还是子类自己定义的，都需要记录。
• 对齐填充：不是必然存在，起着占位符的作用，由于HotSpot VM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字节的整数倍，因此当实例数据没有对齐时，通过对齐填充来补全。

3. 对象的访问定位：Java通过栈上的reference数据（局部变量表中的对象引用）来操作堆上的具体对象，reference只规定了指向对象的引用，没有定义怎么去定位，访问堆中的对象的位置。对象访问方式由迅疾实现。

(1)：句柄访问：Java堆会划分出一块内存作为句柄池，reference存储的就是对象的句柄地址，句柄包含了对象实例数据和类型数据各自的地址信息。

优势：reference中存储的是稳定的句柄地址，对象移动时只改变句柄中的实例数据指针，不改变reference。

(2)：直接指针：reference中存储的直接就是对象地址，Java堆中放置访问对象类型数据（存放在方法区）的地址。

优势：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销，HotSpot是使用直接指针访问。