对象实例化内存布局与访问定位

对象实例化

对象建立方式

1. new：最多见的方式、单例类中调用

   • 变形1： getInstance的静态类方法
   • 变形2 ： XXXBuilder/XXXFactory 的静态方法

2. Class 的 newInstance 方法：在 JDK9 里面被标记为过期的方法，由于只能调用空参构造器

3. Constructor 的 newInstance(XXX)：反射的方式，能够调用空参的，或者带参的构造器

4. 使用 clone()：不调用任何的构造器，要求当前的类须要实现 Cloneable 接口中的 clone 接口

5. 使用序列化：序列化通常用于 Socket 的网络传输

6. 第三方库 Objenesis

建立对象的步骤

1.判断对象对应的类是否加载、连接、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可否在Metaspace的常量池中定位到一个类的符号引用，而且检查这个符号引用表明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）。若是没有，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，若是没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，若是找到，则进行类加载，并生成对应的Class对象。

2.为对象分配内存

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。 若是实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间便可，即4个字节大小。

若是内存规整，使用指针碰撞

那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（Bump The Point）来为对象分配内存。

意思是全部用过的内存在一边，空闲的内存放另一边，中间放着一个指针做为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针指向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。若是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。通常使用带Compact（整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。

若是内存不规整

虚拟机须要维护一个列表，空闲列表分配

若是内存不是规整的，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来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表，记录上那些内存块是可用的，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。这种分配方式成为了 “空闲列表（Free List）”

选择哪一种分配方式由Java堆是否规整所决定，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。

3.处理并发问题

采用CAS配上失败重试保证更新的原子性

每一个线程预先分配TLAB - 经过设置 -XX:+UseTLAB参数来设置（区域加锁机制）

• 在Eden区给每一个线程分配一块区域

4.初始化分配到的内存（零值初始化）

给对象属性赋值的操做，全部属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值能够直接使用。

5.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。

6.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

所以通常来讲（由字节码中跟随invokespecial指令所决定），new指令以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成建立出来。

代码示例

/**
 * 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做： 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
 * 
 * @author kiser
 */
public class Customer {
    int id = 1001;
    String name;
    Account acct;

    {
        name = "匿名客户";
    }

    public Customer() {
        acct = new Account();
    }
}

class Account {

}

对象内存布局

对象头（Header）

包含两部分

• 运行时元数据
  • 哈希值（ HashCode ）
  • GC分代年龄
  • 锁状态标志
  • 线程持有的锁
  • 偏向线程ID
  • 偏向时间戳
• 类型指针：指向类元数据的InstanceKlass，肯定该对象所属的类型
• 说明：若是是数组，还需记录数组的长度

实例数据（Instance Data）

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类类型的字段（包括从父类继承下来的和自己拥有的字段） 规则：

• 相同宽度的字段总被分配在一块儿
• 父类中定义的变量会出如今子类以前
• 若是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

对齐填充（Padding）

不是必须的，也没特别含义，仅仅起到占位符做用

举例

class Account {

}

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

    {
        name = "匿名客户";
    }

    public Customer() {
        acct = new Account();
    }
}

/**
 * @author kiser
 *
 */
public class CustomerTest {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Customer cust = new Customer();
    }

}

对象的访问定位

JVM是如何经过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例呢？

对象访问的两种方式

句柄访问

句柄访问就是说栈的局部变量表中，记录的对象的引用，而后在堆空间中开辟了一块空间，也就是句柄池。

优势

reference中存储稳定句柄地址，对象被移动（垃圾收集时移动对象很广泛）时只会改变句柄中实例数据指针便可，reference自己不须要被修改

直接指针（HotSpot采用）

直接指针是局部变量表中的引用，直接指向堆中的实例，在对象实例中有类型指针，指向的是方法区中的对象类型数据。