10_对象的实例化、内存布局与访问定位

1. 对象的实例化

1.1 大厂面试题：

美团：
对象在JVM中是如何储存的？
对象头信息里面有那些东西？
蚂蚁金服：
java 对象头里有什么？

1.2 对象的实例化

例子：
通过下列代码查看字节码都做了些什么事情

1.3 创建对象的步骤

前面所述是从字节码角度看待对象的创建过程,现在从执行步骤的角度来分析:
第一，判断对象对应的类是否被加载、链接、初始化
虚拟机遇到一条new指令,首先去检查这个指令的参数能否在 Metaspace的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。(即判断类元信息是否存在)。如果没有,那么在双亲委派模式下,使用当前类加载器以 ClassLoader+包名+类名为Key进行查找对应的Class文件。如果没有找到文件,则抛出 ClassNotFoundException异常,如果找到,则进行类加载,并生成对应的Class类对象
第二，给对象分配内存
首先计算对象占用空间大小,接着在堆中划分一块内存给新对象。如果实例成员变量是引用变量,仅分配引用变量空间即可,即4个字节大小。
如果内存空间是规整的：指针碰撞
如果内存是规整的,那么虚拟机将采用的是指针碰撞法( Bump The Pointer)来为对象分配内意思是所有用过的内存在一边,空闲的内存在另外一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是 Serial、 ParNew这种基于压缩算法的,虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有compact(整理)过程的收集器时,使用指针碰撞。就是将对象整齐的摆列

如果内存空间不规整：虚拟机需要维护一个列表
如果内存不是规整的,已使用的内存和未使用的内存相互交错,那么虚拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表,记录上哪些内存块是可用的,再分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的内容。这种分配方式成为空闲列表( Free List)”
说明：
选择哪种分配方式由Java堆星否规整决定,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。
第三，处理并发安全问题

• 采用CAS配上失败重试保证更新的原子性
• 每个线程预先分配一块TLAB

第四，初始化分配到的空间

• 将对象的所属类(即类的元数据信息)、对象的 Hash code和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。
• 所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用

第五，设置对象的对象头

• 将对象的所属类(即类的元数据信息)、对象的 HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。

第六，执行init方法进行初始化

• 在Java程序的视角看来,初始化才正式开始。初始化成员变量,执行实例化代码块,调用类的构造方法,并把堆内对象的首地址赋值给引用变量因此一般来说(由字节码中是否跟随有 invokespecial指令所决定),new指令之后会接着就是执行方法,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创建出来。

给对象的属性赋值的操作 1.属性的隐式初始化，2.显式初始化，3代码块中初始化，4构造器中初始化
2，3，4就是在init中进行操作的

2. 对象的内存布局

图示：

其中实例数据是包含父类的私有属性，只是代码中不能直接调用

基本数据类型的存储位置，取决于变量的声明位置，而不是它的类型。局部变量存储在栈中，实例变量和静态变量存储在堆中。

3. 对象的访问定位

创建对象的目的是为了使用它。定位，通过栈上reference访问。
JVM是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例的呢?

2.1 图示

《java虚拟机规范》没有说明，所以对象访问方式由虚拟机实现而定。主流有两种方式：

• 使用句柄访问

• 使用直接指针访问

  2.2 对象访问的主要两种方式

  一、句柄访问
  图示：
  
  实现：堆需要划分出一块内存来做句柄池，reference中存储对象的句柄池地址，句柄中包含对象实例与类型数据各自具体的地址信息。
  优点：
  reference中存储稳定句柄地址,对象被移动(垃圾收集时移动对象很普遍)时只会改变句柄中实例数据指针即可, reference本身不需要被修改。
  第二种方式整体更优一些，所以HotSpot采用第二种方式
  二、直接指针(HotSpot采用的方式)
  图示：
  

• 实现：reference中存储的就是对象的地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销。

• 好处：速度更快，java中对象访问频繁，每次访问都节省了一次指针定位的时间开销。