【转】JVM对象的创建

转自：http://blog.csdn.net/u010723709/article/details/47281349

 

在Java程序中，创建一个对象通常需要一个new关键字就够了，但是在虚拟机中，这个过程却有点复杂，这里面包括了类加载、内存分配、初始化零值等等一系列的步骤。

 

下面来看看JVM如何创建一个对象（这里面的对象仅仅限于不同的Java对象，不包括数组和Class对象）

 

1 对象的创建

 

1.1 类初始化

 

当JVM遇到一条new的指令（与new关键字不是一个概念）时，首先去检查这个指令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的类是否已经加载、解析和初始化过。如果没有，那么必须先执行类的初始化工作。

 

1.2 划分空间

 

接下来就是要堆中划分出一块空间，这块空间的大小由类去确定，在类加载以后，一个对象的大小已经是确定的了。对于这个划分，可能存在两种情况

 

（1）堆的空间是规整的，已用过的部分在一边，未用过的部分在另外一边，有一个指针指向未使用部分的头，每次移动这个指针就可以了，这种方法称为“指针碰撞”。

 

（2） 堆的空间是零散的，使用和未使用的部分交叉排列，这时候就需要一个维护一个列表，记录哪些内存是可用的，在分配的时候找到一块足够大的内存进行分配，这种方法称为“空闲列表”。很显然这种方式会产生很多内存碎片。

 

实际中采用哪种分配方式是由虚拟机采用的垃圾收集算法决定的，主要取决于垃圾收集器是否带有压缩整理功能（campact）。因此，在使用Serial,ParNew等待Compact过程的收集器时，系统采用指针碰撞，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，采用空闲列表。

 

如何保证对象创建的线程安全性？

 

对象创建是虚拟机中频繁发生的行为，移动指针时如何保证线程安全呢？这个问题有两个解决方法

 

1 采用CAS+失败重试保证更新操作证的原子性

 

2 把内存分配动作按照线程划分在不同空间中进行。在堆中为每个内存分配一小块空间，称为本地线程分配缓冲（TLAB）。线程分配内存时，在自己的TLAB上分配，当TLAB使用完时，使用同步锁。

 

1.3 赋零值

 

内存分配完成后，虚拟机把分配到的内存空间初始化为零值，如果使用TLAB，这一过程在TLAB中进行。这一步保证了Java的实例字段在Java代码中不同赋值就可以使用

 

1.4 设置对象头

 

虚拟机啊要对对象进行必要的设置，例如对象时哪个类的实例、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。这些信息保存在对象头中。

 

1.5 <init>指令

 

在上面的工作完成后，对于虚拟机来说，一个对象已经创建完成，带从Java对象的角度，还没有进行初始化，<init>方法还没有执行，所有的字段都还是零值。这个<init>方法可以理解为对象的构造方法

 

2 对象的内存布局

 

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中储存的布局分为3个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data） 和对其填充

 

2.1 对象头

 

对象头包括两个部分，第一个部分用于储存对象自身的运行时数据，这个部分的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit，官方称为“Mark Word”。对象头被设计称为与对象结构无关的一个数据结构，32bit的储存内容如下：

 

 

HotSpot虚拟机对象头

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、对象分代信息	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量锁的指针	10	重量级锁定
空，不需要记录i信息	11	GC标记
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代信息	01	可偏向

对象头的另一个部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针确定这个对象指向哪个类的实例。并不是所有虚拟机实现都必须在对象数据上保留这个类型指针，也就说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身。另外，如果对象是一个数组，那对象头必须还有一块用于记录数组长度的数据。

2.2 实例数据域

 

这个部分是对象真正存储的有效信息，也就是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，还是子类中定义的，都需要记录起来。这部分的储存顺序受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义的顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配策略为long/doubles、ints、shorts/chars,bytes/booleans、oops，从分配策略来看，相同宽度的字段总是被分配在一起。在满足这个前提下，父类的变量会出现在子类之前。如果指定了compactFileds参数为true,那么子类之中较窄的变量可能会插入到父类变量的空隙之中。

 

2.3对齐填充

这个部分并不一定有，而且没有什么实际意义，仅仅是为了填充数据。HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，也就是每个对象占得大小必须是8字节的整数倍，如果实例域不满足，就要补充对其。

 

建立对象是为了使用对象，我的的Java对象需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。

 

总结：

假设有个名为Dog的类

1、即使没有显式地使用static关键字，构造器实际上也是静态方法。因此当首次创建类型为Dog的对象时（构造器可以看成是静态方法），或者Dog类的静态方法/静态域首次被访问时，Java解释器必须查找类路径，以定位Dog.class的类。

2、然后载入Dog.class，有关静态初始化的所有动作都会执行。因此，静态初始化只在Class对象首次加载的时候进行一次。

3、当用new Dog()创建对象的时候，首先将在堆上为Dog对象分配足够的存储空间。

4、这块存储空间会被清零，这就自动地将Dog对象中的所有基本类型数据都设置成了默认值，而引用则被设置成了null。

5、执行所有出现于字段定义出的初始化动作。

6、执行构造器。