JVM 对象的内存分配和访问

对象的实例化方式

• new
• Class#newInstance()
• clone()
• 反序列化

对象的创建过程

1. 虚拟机收到new指令触发。
2. 类加载检查：首先检查该类是否被加载。如果没有加载，则进行类的加载过程；如果已经加载，则在堆中分配内存。对象所需的内存的大小在类加载完成后便可以完全确定，为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。这个指令完毕后，将指向实例对象的引用变量压入虚拟机栈栈顶。
3. 对象分配内存：从堆中划分出一块确定大小的内存。
4. 内存空间初始化：内存分配完后，虚拟机需要将分配到的内存空间初始化为零值（如：int值为0，boolean值为false等），保证了对象的实例字段在Java代码中可以直接使用。
5. 为对象进行必要的设置：虚拟机为对象进行设置，如设置对象属于哪个类的实例、如何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，这些信息存放在对象头中。
6. 从虚拟机的角度来看，一个新的对象已经创建完毕。但从Java程序的角度来看，对象创建才刚开始，所有的字段还是零值，所以需要程序员进行初始化操作，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

类加载检查

• 检查 new 指令单参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用。
• 检查类是否被加载、解析、初始化过。

对象内存分配方式

虚拟机为新对象分配内存，从堆中划出一块确定大小的内存，因为对象所需内存的大小在类加载完后可以完全确定。

堆内存是否规整：

• 堆内存规整：已使用的内存在一边，未使用内存在另一边。
• 堆内存不规整：已使用内存和未使用相互交错。

堆内存是否规整是由垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定的。

内存分配方式：

分配方式的选择 取决于 Java堆内存是否规整：

• 指针碰撞方式：
  • 堆内存绝对规整。
  • 分配过程：将已使用内存和为使用内存之间放一个分界点的指针，分配内存时，指针会向未使用内存方向移动，移动一段与对象大小相等的距离。
    
• 空闲列表：
  • 堆内存不规整。
  • 分配过程：虚拟机内部维护了一个记录可用内存块的列表，在分配时从列表找一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。

Java堆是否规整 由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定

线程安全问题

对象创建在虚拟机中是非常频繁的操作，即使仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也会引起线程不安全。

解决线程安全问题有两种方案：

• 同步处理分配内存空间的行为。虚拟机采用 CAS + 失败重试的方式 保证更新操作的原子性。
• 把内存分配行为 按照线程 划分在不同的内存空间进行。本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer ，TLAB）技术。

对象的内存布局

在Java虚拟机（HotSpot）中，对象在 Java 内存中的 存储布局 可分为三块：

1. 对象头 存储区域
2. 实例数据 存储区域
3. 对齐填充 存储区域

对象头区域：

• 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。
• 存储对象类型指针，即对象指向类元数据的指针，JVM可以确定这个对象属于哪个类的实例。
• 如果是数组，对象头中还有一块记录数组长度的数据。

实例数据区域：

• 代码中定义的字段内容。

对齐填充区域：

• 占位符。
• 非必须。

说明：占位符起占位作用，因为对象的大小必须是8字节的整数倍，而因HotSpot VM的要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，且对象头部分正好是8字节的倍数。因此，当对象实例数据部分没有对齐时（即对象的大小不是8字节的整数倍），就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问定位

创建对象后，Java程序需要通过栈上的reference数据访问堆中的对象实例。

目前对象访问方式有两种：

• 句柄访问
• 直接指针访问

目前大部分JVM虚拟机，包括HotSpot虚拟机采用的是直接指针访问。

句柄访问

说明：

• 在Java堆中划分一块内存作为句柄池。
• 栈中reference数据存储的是对象的句柄地址。
• 句柄中包含对象实例数据和类型数据的地址。

优点：

• reference存储的稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中实例数据指针，reference不需要做修改。

场景：

• 适合频繁移动对象地址。

直接指针访问

说明：

• 栈中reference数据存储的是对象地址。
• 对象类型数据的指针直接存放在对象中的对象头。

优点：

• 速度快。

场景：

• 适合频繁访问对象。