概述
我们以HotSpot虚拟机和Java堆为例,深入了解虚拟机在Java堆中对象分配、布局和访问的全过程。
1、对象的创建
从我们写代码的角度上来看,一个new 的关键字就可以把对象创建出来,而从虚拟机的角度上来看,对
象的创建过程:
1.JVM遇到new的指令时,首先会去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到类的信息
2.如果定位到会检查对应的类是否已经加载、解析和初始化,如果没有就触发类的加载过程
3.JVM为新生对象分配内存(在java堆中划分一片区域),内存的大小在类加载完毕后便可确定
4.分配好后,JVM将会对分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)
5.JVM对对象进行设置,如:对象所属类、哈希码、GC分代年龄 这些信息都存放到对象头中
6.从JVM的视角看,一个新的对象诞生了,但从我们的角度看 创建对象刚刚开始,因为对象的所有值都是零 值,按我们代码所设计的进行初始化。
2、对象的内存布局
在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头(Header)、实例数据
(Instance Data)、和对齐填充(Padding)
1、对象头
存储对象自身的运行时数据,比如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID等。 另外还有一部分是类型指针,即对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过该指针来确定这个对象属于哪个类的实例。
2、实例数据
实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承 下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数 (FieldsAllocationStyle)和字段在Java源码中定义顺序的影响。HostSpot虚拟机默认的分配策略为 longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers),从分配策略中可以看出,相同宽度的字段总是被分配到一起。在满足这个前提条件的情况下,在 父类中定义的变量会出现在子类之前。如果CompactFields参数值为true(默认为true),那么子类之中较窄的变量也可能会插入到父类变量之中。
3、对齐填充
起着占位符的作用。由于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,换句话说,就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的整数倍(1倍或者2倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对其填充来补全。
3、对象的访问定位
Java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只
规定了一个指向对象的引用,并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置,所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。
1、句柄的方式
2、直接指针的方式
句柄方式与直接指针方式的对比: 使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地
址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针,而
reference本身不需要修改;使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销,由于对象的访问在Java中非常频繁,因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。
注:就HotSpot而言,它是使用的直接指针的方式进行对象访问的。