怎么深入理解Java 虛擬機中的HotSpot虛擬機對象

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對象的內存布局

在 HotSpot 虛擬機中，對象的內存布局分為以下 3 塊區(qū)域：

• 對象頭（Header）

• 實例數(shù)據(jù)（Instance Data）

• 對齊填充（Padding）

對象頭

對象頭記錄了對象在運行過程中所需要使用的一些數(shù)據(jù)：

• 哈希碼

• GC 分代年齡

• 鎖狀態(tài)標志

• 線程持有的鎖

• 偏向線程 ID

• 偏向時間戳

對象頭可能包含類型指針，通過該指針能確定對象屬于哪個類。如果對象是一個數(shù)組，那么對象頭還會包括數(shù)組長度。

實例數(shù)據(jù)

實例數(shù)據(jù)部分就是成員變量的值，其中包括父類成員變量和本類成員變量。

對齊填充

用于確保對象的總長度為 8 字節(jié)的整數(shù)倍。

HotSpot VM 的自動內存管理系統(tǒng)要求對象的大小必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍。而對象頭部分正好是 8 字節(jié)的倍數(shù)（1 倍或 2 倍），因此，當對象實例數(shù)據(jù)部分沒有對齊時，就需要通過對齊填充來補全。

對齊填充并不是必然存在，也沒有特別的含義，它僅僅起著占位符的作用。

對象的創(chuàng)建過程

類加載檢查

虛擬機在解析 .class文件時，若遇到一條 new 指令，首先它會去檢查常量池中是否有這個類的符號引用，并且檢查這個符號引用所代表的類是否已被加載、解析和初始化過。如果沒有，那么必須先執(zhí)行相應的類加載過程。

為新生對象分配內存

對象所需內存的大小在類加載完成后便可完全確定，接下來從堆中劃分一塊對應大小的內存空間給新的對象。分配堆中內存有兩種方式：

• 指針碰撞

如果 Java 堆中內存絕對規(guī)整（說明采用的是“復制算法”或“標記整理法”），空閑內存和已使用內存中間放著一個指針作為分界點指示器，那么分配內存時只需要把指針向空閑內存挪動一段與對象大小一樣的距離，這種分配方式稱為“指針碰撞”。

• 空閑列表

如果 Java 堆中內存并不規(guī)整，已使用的內存和空閑內存交錯（說明采用的是標記-清除法，有碎片），此時沒法簡單進行指針碰撞， VM 必須維護一個列表，記錄其中哪些內存塊空閑可用。分配之時從空閑列表中找到一塊足夠大的內存空間劃分給對象實例。這種方式稱為“空閑列表”。

初始化

分配完內存后，為對象中的成員變量賦上初始值，設置對象頭信息，調用對象的構造函數(shù)方法進行初始化。

至此，整個對象的創(chuàng)建過程就完成了。

對象的訪問方式

所有對象的存儲空間都是在堆中分配的，但是這個對象的引用卻是在堆棧中分配的。也就是說在建立一個對象時兩個地方都分配內存，在堆中分配的內存實際建立這個對象，而在堆棧中分配的內存只是一個指向這個堆對象的指針（引用）而已。 那么根據(jù)引用存放的地址類型的不同，對象有不同的訪問方式。

句柄訪問方式

堆中需要有一塊叫做“句柄池”的內存空間，句柄中包含了對象實例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。

引用類型的變量存放的是該對象的句柄地址（reference）。訪問對象時，首先需要通過引用類型的變量找到該對象的句柄，然后根據(jù)句柄中對象的地址找到對象。

直接指針訪問方式

引用類型的變量直接存放對象的地址，從而不需要句柄池，通過引用能夠直接訪問對象。但對象所在的內存空間需要額外的策略存儲對象所屬的類信息的地址。

需要說明的是，HotSpot 采用第二種方式，即直接指針方式來訪問對象，只需要一次尋址操作，所以在性能上比句柄訪問方式快一倍。但像上面所說，它需要額外的策略來存儲對象在方法區(qū)中類信息的地址。

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