JVM内存模型（二）--- Java堆（GC堆）中对象的创建布局
2021-03-30 本文已影响0人
dukecui
Java的技术体系包括
- 支持Java程序运行的虚拟机（JVM）
- 提供接口支持的Java API
- Java 编程语言
- 第三方Java框架（如Spring等）
Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙，墙外面的人想进去，墙里面的人想出来。
当我们了解了Java虚拟机的内存模型之后，便知道了虚拟机内存总共分为几个部分，每一部分对应什么样的功能，有什么特征，以及生命周期是怎么样的。那回归到我们日常的开发工作中，我们最常用的便是在内存中创建一个对象，那一个当我们new一个对象的时候，虚拟机是如何在内存中创建对象，这个对象在内存中是以怎样的结构存放，又是如何访问这个对象的呢？
对象的创建
- 当虚拟机遇到new指令的时候，首先会在方法区常量池中检查是否能够找到一个该类的符号引用，并检查这个符号引用代表的类是否已经被加载，解析和初始化过。如果没有，必须先执行类加载的过程。
- 类加载检查通过后，会为新生对象分配内存。对象的所需要的内存大小，在类加载完成之后便可完全确定，为对象分配内存空间实际上就是把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来的过程。有两种方式
- 指针碰撞，指针向空闲空间移动一段大小等于对象大小的距离
- 空闲列表，在列表中找出一块足够大的空间划分给对象，并更新记录列表
- 为了保证分配空间时的线程安全，两种方式，一是采用同步锁处理，二是采用TLAB（本地线程分配缓冲），也就是每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，哪个线程需要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，互不影响
- 内存分配完之后，要将分配到的内存空间全部初始化为零值
- 虚拟机对对象惊醒必要的设置，即完成对象头的信息。到此虚拟机视角的对象已经完成
- 从程序开发的视角，init方法执行之后，一个真正可用的对象才算创建完成
Java对象创建流程图
对象的内存布局
一个Java对象在虚拟机内存中的存储结构，可以分为三个部分：
- 对象头（Header）
- 实例数据（Instance Data）
- 对其填充（Padding）
对象头
对象头就是通俗解释就是告诉我们这个对象究竟是谁。它包括两部分信息，
- 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。数据长度为32或者64位，被成为“Mark Word”。改区域是一个非固定数据结构的区域，当对象处于不同状态时，存储的内容表示不同的含义。
- 类型指针。即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。
实例数据
实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是程序中定义的各种变量的实际内容。存储顺序收到虚拟机分配策略参数和Java源码中定义顺序的影响。
对齐填充
这部分不是必须存在的，仅仅起到占位符的作用。因为虚拟机要求对象的大小必须是8字节的整数倍，而对象头正好是8字节的1倍或者2倍，因此当实例数据没有对齐的时候，就需要通过对齐填充来补充。
对象的内存布局
对象的访问
建立对象是为了使用对象，虚拟机需要通过栈中的reference来操作堆上的具体对象。通过reference引用访问对象的方式可以分为两种
- 使用句柄访问。堆中会划分出一块内存作为局句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，句柄中包含了对象的实例数据和类型数据的地址信息。这种方式的好处在于，在对象被移动时，只会改变句柄中的实例数据指针，reference本身不需要修改。
Java内存对象句柄访问
- 使用直接指针访问。reference引用存储的是堆中对象地址。这时就需要在对象的对象头中存放类型数据的地址了。这种方式的好处在于速度快，因为节约了一次指针定位的开销。对象的访问在Java中非常频繁，因此累积起来节约的开销就是非常可观的执行成本了。
Java内存对象直接访问
