如何解密Java對象

在Java程序運(yùn)行過程中時(shí)時(shí)刻刻都有對象被創(chuàng)建出來，對象的創(chuàng)建方式有很多種，最常見的就是new，其次還有clone和反序列化。下面我們一起來解密對象的創(chuàng)建、內(nèi)存布局以及如何定位一個(gè)對象。

對象創(chuàng)建

當(dāng)我們在創(chuàng)建對象時(shí)，首先會檢查創(chuàng)建對象的類能否在常量池中定位到符號引用，并檢查符號引用代表的類是否被加載、解析和初始化過，如果沒有則必須執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程(這個(gè)后面也會單獨(dú)寫一篇文章講解)。

對象創(chuàng)建的過程大約有以下幾步：

1. 虛擬機(jī)為對象分配內(nèi)存。對象所需內(nèi)存的大小在類加載完成以后便可完全確定。
2. 設(shè)置對象必要信息。如對象是哪個(gè)類的實(shí)例、對象的hash碼、對象的GC分代年齡等信息
3. 第三步執(zhí)行的時(shí)候，虛擬機(jī)其實(shí)認(rèn)為對象已經(jīng)創(chuàng)建成功，但是從Java程序的角度并沒有完成，下面會接著執(zhí)行方法，把對象按照編寫的代碼進(jìn)行初始化

分配對象內(nèi)存

為對象分配內(nèi)存本質(zhì)上就是從Java堆中劃分出一塊固定大小的內(nèi)存給Java對象使用。對象內(nèi)存分配主要有兩種：

• 指針碰撞
• 空閑列表

具體使用哪種方式取決于堆內(nèi)存是否工整，堆內(nèi)存是否工整本質(zhì)又取決于垃圾回收器是否帶有壓縮整理功能。

指針碰撞的分配方式用于在內(nèi)存工整的堆中進(jìn)行對象分配，所有被使用的內(nèi)存放在一邊，未被使用的在另一邊，中間放著一個(gè)指針作為分界點(diǎn)的指示器，當(dāng)為對象分配內(nèi)存時(shí)，只需要將指針往未被使用的一邊挪動(dòng)與對象相等大小的距離就可以。

空閑列表適合在不規(guī)整的內(nèi)存中為對象分配內(nèi)存，虛擬機(jī)為了知道哪些內(nèi)存區(qū)域可用，必須維護(hù)一個(gè)列表，當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存分配時(shí)，則在列表中選取一個(gè)足夠大的空間劃分給對象使用。

對象分配在虛擬機(jī)中的分配并不是線程安全的，為了解決這個(gè)問題，主要有兩種解決方法：

• CAS + 失敗重試
• TLAB：每個(gè)線程預(yù)先在Java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，稱為TLAB（本地線程分配緩沖），哪個(gè)線程需要分配內(nèi)存，就在哪個(gè)線程的TLAB上分配。只有TLAB用完了并且分配新的TLAB時(shí)需要同步鎖定。

對象內(nèi)存布局

對象在內(nèi)存中的布局主要有三塊：

• 對象頭
• 實(shí)例數(shù)據(jù)
• 對齊填充

對象頭

對象頭主要用來存儲兩塊信息：

• 存儲對象自身運(yùn)行的數(shù)據(jù)
• 類型指針

對象自身運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)主要包括：哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時(shí)間戳等。這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在32位和64位的虛擬機(jī)（未開啟壓縮指針）中分別為32位和64位。

類型指針可以用來確定這個(gè)對象是哪個(gè)類的實(shí)例，但虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)不是必須在對象上保留類型指針。

實(shí)例數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)是對象真正存儲的有效信息，就是代碼中各種類型字段的內(nèi)容，無論是從父類還是子類中定義的，內(nèi)容存儲的順序會受到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)和字段在Java源碼中定義順序的影響。 但是相同寬度的字段會分配到一起，在這個(gè)前提條件下，子類較窄的變量會插到父類變量的空隙之中。

對齊填充

對齊填充并不是必然存在，由于虛擬機(jī)的內(nèi)存管理要求對象其實(shí)地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，也就是對象大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，因此當(dāng)對象實(shí)例不是8字節(jié)的整數(shù)倍大小時(shí)，需要通過對齊填充補(bǔ)全。

對象訪問

對象建立以后我們需要使用它，我們可以通過Java棧上的reference來操作堆上的具體對象，但是如何通過reference來找到具體的對象則是需要我們?nèi)ソ鉀Q的，目前主要有兩種方式：

• 句柄
• 直接指針

下圖是采用句柄的方式去訪問對象

下圖是采用直接指針的方式去訪問對象

 

通過上述兩種圖的對比，我們可以看出句柄的優(yōu)勢在于棧中的reference存儲的內(nèi)容是穩(wěn)定的句柄地址，不會因?yàn)閷ο蟮囊苿?dòng)而改變，但訪問會遜于直接指針，因?yàn)槎嗔艘淮沃羔樁ㄎ坏臅r(shí)間開銷。

直接指針的訪問方式的最大好處就是速度快，節(jié)省了一次指針定位的時(shí)間開銷。