hotSpot虚拟机对象探秘

1.对象的新建

执行new指令的具体事件:

1.1判断响应的Class文件是否加载到jvm

虚拟机遇到一条new指令(new的对象仅限普通对象,不含数组和Class对象),首先会去检查这个指令参数是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是否已经被加载、解析和初始化。如果没有,那么先执行相应的加载过程。

1.2给对象分配内存

在类加载器检查通过后,jvm会为新生的对象分配内存。对象所需内存大小在类加载完成后可完全确定,为对象分配空间等同于把一块确定带澳的内存从java堆中划分出来。

1.2.1jvm划分内存给对象的方式--指针碰撞

假设java堆中的内存时绝对规整的,所有用过的内存是放在一边,空闲的内存放在另一边,中间放置一个指针作为分界点的指示器,那所分配的内存仅仅是把那个指针向空闲空间的那边挪动一段与对象大小相等的距离。

1.2.2jvm划分内存给对象的方式--空闲列表

假如jvm堆中的内存不是规整的,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,在分配的时候在空闲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。

1.3分配内存的线程安全问题

假设有一个线程在指针准备移动的过程中,又申请内存,这时,这个线程用指针没有改变的位置作为初始位置,就会出现异常。解决线程同步的问题jvm有两种方式:

1.3.1对分配内存空间的动作做同步去处理--实际上jvm采用cas配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
1.3.2为每个线程在java堆上分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(ThreadLocal Allocation Buffer)。

1.4jvm为java对象作必要的设置

这些必要的设置包含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分代年龄等信息。这些信息 存在对象头(Object Header)之中。根据虚拟机当前的运行状态不同,如是否启用偏向锁等,对象头会有不同的设置方式。

1.5执行init方法

当执行到1.4,jvm已经完成new出一个普通的java对象了,但是从java程序来说,对象创建才刚刚开始,因为intitlet方法还没有执行,所有的字段都为零。一般来说,执行new执行之后会接着执行init方法,这个由字节码中是否跟随invokespecial指令决定。这样子一个对象才算是真正被生产。

2.对象的内存分布

一个对象的内存 可以分为三部分:对象头(Object Header)、实例数据部分、对齐填充。


对象内存分布(2).png

2.1对象头

对象头分为两部分:第一部分用于存储对象自身运行时数据,如hash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。也成为MarkWork。
第二部分为类型指针,即对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。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通过对象本身。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java对象的元数据信息确定java对象大小,但是无法从数据的元数据中确定数组的大小。

2.2实例数据

实例数据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。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。

2.3对齐填充

对齐填充方式不是必然存在的,也没有特殊含义,仅仅起占位符作用。

3.0对象的访问定位

建立对象就是为了使用对象,我们的java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体数据。由于reference类型在java虚拟机规范只规定指向一个对象的引用,没有规定这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

3.1使用句柄

如果使用句柄访问,java堆中会划分一块内存来作为句柄池,reference中存储的是对象的句柄地址,而句柄包含来了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。


根据句柄找到对象实例数据(1).png

3.2使用直接指针

根据句柄找到对象实例数据(2).png

3.3使用句柄与使用直接指针访问方式的好处

3.3.1使用句柄

使用句柄访问的最大好处是:reference中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时,只会改变句柄中国的实例数据指针,而reference本身不用修改。

3.3.2使用直接指针

最大的好处就是速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销,由于对象的访问在java中非常频繁,因此这类开销积少成多后也是一种非常可观的执行成本。

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