JVM中如何創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象

JVM中如何創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，相信很多沒有經(jīng)驗(yàn)的人對(duì)此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個(gè)問題。

有類School，這個(gè)類中有3個(gè)成員變量：引用類型String類型的schoolName，通過顯式代碼塊初始化;基本數(shù)據(jù)類型int型studentsNum，顯式初始化;引用類型Class類型student，通過School的構(gòu)造函數(shù)初始化。

我們使用main函數(shù)創(chuàng)建School的一個(gè)對(duì)象，那么這個(gè)過程發(fā)生了哪些事情?在JVM內(nèi)存中多了什么呢?讓我們一起看下吧!

public class School {     private String schoolName;     private int studentsNum = 10000;     private Student student;      {         schoolName = "清華大學(xué)";     }      public School(){         student = new Student();     }  } class Student{  }  class Test{     public static void main(String[] args) {         School school = new School();     } }

當(dāng)我們執(zhí)行new School()時(shí)，進(jìn)行了對(duì)象的創(chuàng)建，大致可以分為以下5步：

在詳細(xì)了解這5個(gè)步驟之前我們再詳細(xì)聊一下對(duì)象頭，在synchronized鎖升級(jí)過程分析的時(shí)候我們已經(jīng)初步接觸過它。

對(duì)象的內(nèi)存布局

對(duì)象在堆空間的內(nèi)存布局包含了3個(gè)部分：對(duì)象頭(Header)、實(shí)例數(shù)據(jù)(Intance Data)、對(duì)齊填充(Padding)。

對(duì)象頭

對(duì)象頭包含了兩部分：運(yùn)行時(shí)元數(shù)據(jù)、指向類元數(shù)據(jù)的指針kclass，確認(rèn)這個(gè)對(duì)象所屬的類型。

運(yùn)行時(shí)元數(shù)據(jù)(Mark  Word)包含：哈希值、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志位、偏向線程ID。運(yùn)行時(shí)元數(shù)據(jù)的信息是變化的，在synchronized鎖的升級(jí)過程中，Mark  Word在不同的鎖狀態(tài)下是不一樣的。

下圖展示展示了無鎖狀態(tài)、偏向鎖、輕量級(jí)鎖、重量鎖以及對(duì)象被GC標(biāo)記的對(duì)象頭中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)信息：

實(shí)例數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，它包含了對(duì)象中定義的各種類型的字段。這些字段有對(duì)象本身定義的，也有從所有父對(duì)象繼承的字段。

父類的構(gòu)造方法先于子類執(zhí)行，所以父類變量的定義都在子類前面。

對(duì)齊填充

對(duì)齊填充不是必須的，也沒有實(shí)在的意義，它僅僅是個(gè)占位符的作用。HotSpot虛擬機(jī)要求對(duì)象的起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，因此當(dāng)對(duì)象沒有滿足的時(shí)候，就需要對(duì)齊填充來補(bǔ)全。

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了對(duì)象在堆內(nèi)存的布局，在之前的JVM文章中也學(xué)習(xí)了虛擬機(jī)棧結(jié)構(gòu)和方法區(qū)(JDK1.8之后稱為元空間，勾勾之前習(xí)慣稱為方法區(qū)，但是怕大家混淆后續(xù)我們都用元空間表示)，那么接下來我們詳細(xì)分析school對(duì)象創(chuàng)建的整個(gè)過程。

對(duì)象創(chuàng)建的步驟

對(duì)象的創(chuàng)建是在主線程的main()方法中，所以在主線程的虛擬機(jī)棧中就會(huì)創(chuàng)建main()的棧幀，main()就是當(dāng)前方法。

我們回顧下棧和棧幀。

JVM內(nèi)存區(qū)域劃分為5個(gè)模塊：堆、元空間、虛擬機(jī)棧、本地方法棧和程序計(jì)數(shù)器(也成為pc寄存器)。

虛擬機(jī)棧和本地方法棧都屬于棧，本地方法棧中只存放native方法的棧信息。

虛擬機(jī)棧的生命周期和線程的生命周期一致，它隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建，隨著線程的銷毀而銷毀，所以它是線程私有的內(nèi)存區(qū)域。

虛擬機(jī)棧是由棧幀組成的，棧幀中包含了局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法返回地址、附加信息。棧幀是隨著方法的調(diào)用而創(chuàng)建的。所以當(dāng)主線程調(diào)用main()方法時(shí)，此時(shí)在主線程的虛擬機(jī)棧中就創(chuàng)建了main()棧幀。

main()棧幀中的局部變量表包含兩個(gè)變量：args和school。

主線程的虛擬機(jī)棧的棧幀結(jié)構(gòu)如下圖：

main()方法想要將school這個(gè)局部變量實(shí)例化，就需要執(zhí)行School這個(gè)類的實(shí)例化。

那么new School()發(fā)生了什么呢?我們接下來詳細(xì)分析之前的5個(gè)步驟。

判斷對(duì)象的類是否已經(jīng)加載

當(dāng)虛擬機(jī)遇到new這個(gè)指令時(shí)，會(huì)首先檢查這個(gè)指令的參數(shù)能否在元空間的常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已經(jīng)被加載，即判斷元空間中是否包含這個(gè)類的類元信息。

我們通過javap -v -p Test.clas查看Test類的字節(jié)碼信息：

Classfile /E:/study/javacodegirl/src/main/java/com/study/test/code/girl/base/jvm/Test.class   Last modified 2021-2-21; size 352 bytes   MD5 checksum 2df3d394ac88d2aa4da9d27f848067c5   Compiled from "School.java" class com.study.test.code.girl.base.jvm.Test   minor version: 0   major version: 52   flags: ACC_SUPER Constant pool:    #1 = Methodref          #5.#14         // java/lang/Object."<init>":()V    #2 = Class              #15            // com/study/test/code/girl/base/jvm/School    #3 = Methodref          #2.#14         // com/study/test/code/girl/base/jvm/School."<init>":()V    #4 = Class              #16            // com/study/test/code/girl/base/jvm/Test    #5 = Class              #17            // java/lang/Object    #6 = Utf8               <init>    #7 = Utf8               ()V    #8 = Utf8               Code    #9 = Utf8               LineNumberTable   #10 = Utf8               main   #11 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V   #12 = Utf8               SourceFile   #13 = Utf8               School.java   #14 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V   #15 = Utf8               com/study/test/code/girl/base/jvm/School   #16 = Utf8               com/study/test/code/girl/base/jvm/Test   #17 = Utf8               java/lang/Object {   com.study.test.code.girl.base.jvm.Test();     descriptor: ()V     flags:     Code:       stack=1, locals=1, args_size=1          0: aload_0          1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V          4: return       LineNumberTable:         line 28: 0    public static void main(java.lang.String[]);     descriptor: ([Ljava/lang/String;)V     flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC     Code:       stack=2, locals=2, args_size=1          0: new           #2                  // class com/study/test/code/girl/base/jvm/School          3: dup          4: invokespecial #3                  // Method com/study/test/code/girl/base/jvm/School."<init>":()V          7: astore_1          8: return       LineNumberTable:         line 30: 0         line 31: 8 } SourceFile: "School.java"

在main()中new指令的參數(shù)是#2，我們可以在Constant pool中找到#2對(duì)應(yīng)的類信息。

如果沒有這個(gè)類的信息，那么就會(huì)按照雙親委派模型加載School類。

類的加載過程：加載、連接、初始化，其中連接包括：驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析。

執(zhí)行類的加載的是類加載器，它分為：啟動(dòng)類加載器、擴(kuò)展類加載器、應(yīng)用類加載器和自定義加載器。

School類是ClassPath下的文件，它的類加載是應(yīng)用類加載器，當(dāng)應(yīng)用類加載器按照ClassLoader+包名+類名查找對(duì)應(yīng)的.class文件時(shí)，如果找不到這個(gè)文件就會(huì)拋出ClassNotFoundException異常，如果找到了則進(jìn)行類的加載，并生成對(duì)應(yīng)的Class類對(duì)象。這個(gè)時(shí)候在元空間中就有了School的類元數(shù)據(jù)了。

為對(duì)象分配內(nèi)存空間

接下來就需要計(jì)算對(duì)象占用的空間大小，基本類型除了long和double是8個(gè)字節(jié)，byte和boolean是1個(gè)字節(jié)，char和short是2個(gè)字節(jié)，其他基本類型都是4個(gè)字節(jié)，引用類型也是4個(gè)字節(jié)。

內(nèi)存大小計(jì)算好之后在堆中劃分一塊內(nèi)存空間給新對(duì)象。大部分情況下，對(duì)象是在新生代的Eden區(qū)中分配，如果此時(shí)Eden區(qū)沒有足夠的內(nèi)存空間進(jìn)行分配，虛擬機(jī)將發(fā)起一次Minor  GC。但是當(dāng)我們?yōu)橐粋€(gè)很長的字符串或者數(shù)組分配內(nèi)存時(shí)，這種類型的大對(duì)象需要連續(xù)的內(nèi)存空間，可以直接在老年代進(jìn)行分配，這樣做可以避免Eden和兩個(gè)S區(qū)發(fā)生大量的內(nèi)存復(fù)制。但是大對(duì)象可能會(huì)導(dǎo)致連續(xù)空間不足而提前觸發(fā)GC，我們開發(fā)中也應(yīng)該盡量避免大對(duì)象。

內(nèi)存分配有兩種方式：指針碰撞和空閑列表分配。

• 指針碰撞：當(dāng)內(nèi)存使用的GC算法是標(biāo)記整理或者復(fù)制算法時(shí)，內(nèi)存是規(guī)整的，此時(shí)我們?yōu)閷?duì)象分配內(nèi)存只需要移動(dòng)指針位置就可以。Serial和ParNew使用的GC回收算法是標(biāo)記復(fù)制算法，內(nèi)存的分配就是指針碰撞的方式。

• 空閑列表分配：當(dāng)內(nèi)存使用的GC算法是標(biāo)記清除算法時(shí)，內(nèi)存是規(guī)整的，這個(gè)時(shí)候維護(hù)了內(nèi)存空閑的列表，在為新對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)從空閑列表中找到內(nèi)存就可以。CMS使用的GC回收算法是標(biāo)記清除算法，內(nèi)存的分配方式就是空閑列表分配。

看完內(nèi)存的分配你有沒有疑問?堆內(nèi)存是所有線程共享的，如果兩個(gè)線程同時(shí)都想占用這一塊內(nèi)存空間怎么辦呢?這就涉及到了分配內(nèi)存空間時(shí)的并發(fā)安全問題。

JVM提供了兩種處理并發(fā)安全的方式：一種是我們常用的CAS失敗重試+區(qū)域鎖來保證內(nèi)存分配的原子性，另外一種是通過開啟-XX：+UseTLAB參數(shù)為每個(gè)線程預(yù)分配一塊TLAB，在JDK1.8中這個(gè)參數(shù)是默認(rèn)開啟的。

經(jīng)過了這一步之后，堆內(nèi)存中就有了School實(shí)例的一塊內(nèi)存區(qū)域了：

初始化分配到的內(nèi)存空間

屬性的賦值操作分為3個(gè)類型，我們在示例中都有舉例：

• 默認(rèn)值初始化

• 顯式初始化和代碼塊初始化

• 構(gòu)造方法初始化

初始化分配到的內(nèi)存空間是默認(rèn)值初始化，它為類的成員變量設(shè)置默認(rèn)值，保證對(duì)象實(shí)例字段在不賦值時(shí)可以直接使用?；緮?shù)據(jù)類型的默認(rèn)值為0，布爾類型的默認(rèn)值為false，引用類型的默認(rèn)值為null。

不要把這一步的初始化和類加載過程中的初始化混淆了!

類加載過程中的初始化是對(duì)類的靜態(tài)變量初始化，不包含類的實(shí)例變量。

執(zhí)行了這一步之后，內(nèi)存中的情況如下圖：

設(shè)置對(duì)象的對(duì)象頭

將對(duì)象的所屬的類、對(duì)象的HashCode值、對(duì)象的GC信息、鎖信息等數(shù)據(jù)存放在對(duì)象頭中。它取決于JVM實(shí)現(xiàn)。對(duì)象頭的信息我們前面已經(jīng)講過，這里不再贅述。

執(zhí)行了這一步之后內(nèi)存中的數(shù)據(jù)變化：

執(zhí)行init進(jìn)行初始化

這個(gè)時(shí)候初始化過程才真正開始。這個(gè)過程是對(duì)應(yīng)字節(jié)碼invokespecial，執(zhí)行init方法。

它會(huì)執(zhí)行實(shí)例化代碼塊、調(diào)用類的構(gòu)造方法、將堆內(nèi)對(duì)象的首地址賦值給引用變量。這一步之后真正可用的對(duì)象才算創(chuàng)建完成。

執(zhí)行了這一步之后內(nèi)存中的變化如下圖：

總結(jié)

對(duì)象的創(chuàng)建過程：類元數(shù)據(jù)加載->分配內(nèi)存空間并解決并發(fā)問題->初始化分配的內(nèi)存空間->設(shè)置對(duì)象頭信息->執(zhí)行init方法進(jìn)行初始化。

看完上述內(nèi)容，你們掌握J(rèn)VM中如何創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！