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JVM上篇：内存与垃圾回收篇九--运行时数据区-对象的实例化,内存布局与访问定位

2022-07-27 05:01:00 【_院长大人_】

JVM上篇：内存与垃圾回收篇九–运行时数据区-对象的实例化,内存布局与访问定位

1. 对象实例化

1.1 大厂面试题

美团
- 对象在JVM中是怎么存储的？
- 对象头信息里面有哪些东西？
蚂蚁金服
- 二面:java对象头里有什么?

第10章_对象的实例化

1.2 创建对象的方式

new：最常见的方式

直接new

变形1: 单例类中调用getInstance的静态类方法

/** * @author zr * @date 2022/4/27 16:56 */
public class Singleton {
          
    private Singleton() {
          
    }    //private 只能在自己内部供自己去访问

    private static Singleton instance = new Singleton();//在自己内部定义自己的一个实例

    public static Singleton getInstance() {
                   //此静态方法供外部直接访问
        return instance;
    }
}

class Test{
          
    public static void main(String args[]){
          
        Singleton s1=Singleton.getInstance();
        Singleton s2=Singleton.getInstance();
        if(s1==s2)
            System.out.println("此类是单例模式");
        else
            System.out.println("此类不是单例模式");
    }
}

变形2: XxxBuilder/XxxFactory的静态方法

Class的newInstance方法：反射的方式,在JDK9里面被标记为过时的方法，因为只能调用空参构造器
Constructor的newInstance(Xxx):反射的方式，可以调用空参、带参的构造器，权限没有要求
使用clone():不调用任何构造器，当前类需要实现Cloneable接口，实现clone()
使用反序列化:从文件中、从网络中获取一个对象的二进制流
第三方库Objenesis

1.3 创建对象的步骤

从字节码角度看待对象的创建过程
public class ObjectTest {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        Object obj = new Object();
    }
}
main( ) 方法对应的字节码（后面细讲）
调用 new 指令后后，加载 Object 类(以下步骤的12345)
调用 Object 类的 init( ) 方法(步骤6)
0: new           #2 // class java/lang/Object
3: dup
4: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
7: astore_1
8: return

判断对象对应的类是否加载、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，如里找到，则进行类加载,并生成对应的Class类对象
为对象分配内存
- 如果内存规整
  - 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 )来为对象分配内存。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。
    标记压缩（整理）算法会整理内存碎片，堆内存一存对象，另一边为空闲区域。
- 如果内存不规整
  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。
  - 虚拟机需要维护一个列表
  - 空闲列表分配
    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 ) ".
    标记清除算法清理过后的堆内存，就会存在很多内存碎片。
- 说明
  选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，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。
处理并发安全问题
- 采用CAS失败重试、区域加锁保证更新的原子性
- 每个线程预先分配一块TLAB
  但是资格空间很小可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定
初始化分配到空间
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(零值初始化)
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。

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。(属性的显式初始化、代码块中初始化、构造器中初始化)
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。

从字节码角度看待init方法

/** * 测试对象实例化的过程 * ① 加载类元信息 - ② 为对象分配内存 - ③ 处理并发问题 - ④ 属性的默认初始化（零值初始化） * - ⑤ 设置对象头的信息 - ⑥ 属性的显式初始化、代码块中初始化、构造器中初始化 * * * 给对象的属性赋值的操作： * ① 属性的默认初始化 - ② 显式初始化 / ③ 代码块中初始化 - ④ 构造器中初始化 */
public class Customer{
       
    int id = 1001;
    String name;
    Account acct;

    {
       
        name = "匿名客户";
    }
    public Customer(){
       
        acct = new Account();
    }

}
class Account{
       

}

对象实例化的过程
① 加载类元信息 - ② 为对象分配内存 - ③ 处理并发问题 - ④ 属性的默认初始化（零值初始化）
⑤ 设置对象头的信息 - ⑥ 属性的显式初始化、代码块中初始化、构造器中初始化
只有⑥在才是我们字节码中能看见的,①到⑤都是在编译期或者类加载时的操作

2. 对象的内存布局

2.1 对象头(Header)

2.1.1 运行时元数据(Mark word)

哈希值(HashCode)
GC分代年龄
锁状态标志
线程持有锁
偏向线程ID
偏向时间戳

2.1.2 类型指针

指向类元数据InstanceKlass，确定该对象所属的类型。指向的其实是方法区中存放的类元信息

如果是数组，还需要记录数组的长度

2.2 实例数据(Instance Data)

2.2.1 说明

它是对象真正存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段)

2.2.2 规则

相同宽度的字段总是被分配在一起
父类中定义的变量会出现在子类之前
如果CompactFields参数为true(默认为true):子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙

2.3 对齐填充(Padding)

不是必须的，也没有特别的含义，仅仅起到占位符的作用

2.4 小结:图示

2.5 对象实例化时栈,堆,方法区的关系

示例代码

public class Customer{
     
    int id = 1001;
    String name;
    Account acct;

    {
     
        name = "匿名客户";
    }
    public Customer(){
     
        acct = new Account();
    }

}
class Account{
     

}