jvm-Java对象建立、存储、定位

1、对象建立

1. 触发 : 程序建立对象，例如clone,反序列化，new等。

2. 验证类加载 : 当虚拟机接收到new指令时，检查指令的参数可否在常量池定位到一个类的符号引用，而且检查此符号引用的类是否已经被加载、解析、初始化过，若是没有，则先执行对应的初始化过程。

3. 分配内存空间 : 为新生代对象分配内存，所需内存在类加载完成后即可彻底肯定。分配内存空间即从堆中划分一块肯定大小的内存，此时分两种状况：

   • ①堆内存规整，使用中内存与空闲内存被一个指针隔离在两边，此时只须要将指针向空闲空间方向挪动此对象大小距离便可，这种方式称为指针碰撞；

   • ②若是内存不规整，使用中内存与空闲内存相互交错，此时虚拟机须要维护一个列表，记录哪些内存块可用，在分配空间时须要找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新维护的列表，这种方式为空闲列表。

          选择哪一种分配方式由java堆是否规整决定，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(compact)功能决定，例如Serial、PerNew等使用指针碰撞，CMS基于Mark-Sweep采用空闲列表。
          因为对象建立对象很是的频繁，在并发状况下不少操做都不是线程安全的，例如修改一个指针所指向的位置，可能为A分配内容时还没来得及修改指针，对象B又引用了此指针位置为碰撞点来划份内存，两种解决方案：

   • ①对内存分配过程同步处理-实际虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操做的原子性
   • ②把内存分配的动做按照线程划分在不一样的空间之中进行，即每一个线程在java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（ThreadLocal Local Allocation Buffer，TLAB）(在1.6+才有，在1.8默认开启，能够经过 jinfo -flag UseTLAB pid 来查询)，哪一个线程须要分配内存，就在那个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才须要同步锁定，能够经过-XX:+/-useTLAB来开启关闭

4. 零值初始化 : 内存分配完成后，虚拟机须要将分配到的内存空间都初始化为零值(不包含对象头)，这一步操做保证了对象的实例字段在java代码中能够不赋值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

5. 设置对象头 : 对对应对象头进行设置必要设置，例如这个对象属于哪一个类，若是找到类的元数据，对象的哈希码，对象的gc分代年龄等信息，根据虚拟机的运行状态，若是是否启用偏向锁(主要为了解决无锁的性能问题，如今锁基本都是可重入锁，在A线程得到锁后，会被标识为偏向锁，简单说就是有个标记，这个线程已经获取这个锁了，在锁的过程当中再竞争锁无需进行cas等操做，不会延迟本地调用，在释放偏向锁的会有必定的性能损耗，但对比偏向锁带来的提高，整体性能仍是有提高的)等，对象头会有不一样的设置方式。

6. 调用init方法 : 在上面工做完成后，从虚拟机的角度新对象已经产生了，但从java程序角度来讲，对象建立才刚刚开始，在new指令后会接着执行<init>方法,把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个对象就真正的产生了。

2、对象内存布局

       在HotSpot中，对象在内存中存储的布局可分为3块区域：对象头(Header)、实例数据(Instance Data)、对齐填充(Padding)。

1. 对象头：对象头包含两部分信息，第一部分存储对象自身的运行时数据，如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等、这部分数据的长度在32位合64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64位，官方称它为 “Mark Word”。对象状态在无锁、可偏向、轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、状态下Mark Word存储内容有所差异。

• 偏向锁 ： A线程得到锁，会在A线程的栈帧中变量和锁对象的对象头中存储该线程ID，当该线程再次尝试获取该对象锁时，不须要cas操做，只须要判断是不是当前线程，当栈帧出栈完成，A线程并不会释放锁，须要等到B线程竞争该锁才释放，（偏向锁的释放须要等到全局安全点，即在此时间点没有字节码执行），能够经过-XX:-UseBiasedLocking=false关闭偏向锁，则默认会进入轻量级锁。

• 轻量级锁 ： A线程得到锁，会在a线程的栈帧里建立lock record(锁记录变量)，让lock record的指针指向锁对象的对象头中的mark word，再让mark word 指向lock record，这就是获取了锁。B线程在锁竞争时，发现锁已经被A线程占用，则B线程不进入内核态，让B线程自旋，执行空循环，等待A线程释放锁。若是完成自旋策略仍是发现A线程没有释放锁，或者让C线程占用了，则B线程试图将轻量级锁升级为重量级锁。

• 重量级锁 : 让争抢锁的线程从用户态转换成内核态，使cpu借助操做系统进行线程协调。

2. 实例数据：存储真正的有效信息，即代码中定义的字段内容，不管是从父类中继承下来的，仍是再子类中定义的，都须要记录下来。HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles,ints,shorts/chars,bytes/booleans,oops，相同宽度的字段老是被分配到一块儿。再知足这个前提条件下，再父类中定义的变量会出如今子类以前。

3. 对齐填充：不是必然存在的，也没有特别的含义，仅仅起着占位符的做用。因为HotSpot的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的倍数，而对象头部分正好时8字节的倍数(1倍或2倍)，所以，当对象实例数据部分没有对齐时，就须要经过对齐填充来补全。

3、对象访问定位

创建对象即为了使用对象，咱们的Java程序须要根据栈上的reference数据来操做堆上的具体对象。因为reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并无定义这个引用应该经过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，全部具体的访问方式取决于虚拟机实现，目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

• 句柄 : 从Java堆中划分出一块内存来做为句柄池，栈帧中reference储存句柄的地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的地址信息 。
• 直接指针 ： 栈帧中reference储存对象地址，堆对象须要考虑如何访问类型数据的相关信息。

优缺点：使用句柄时，在对象被移动(垃圾收集时移动对象很广泛)时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference自己不须要修改。只用直接指针速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销(reference->对象相对于句柄的reference->句柄->对象)，因为对象的访问很是频繁，所以这类开销聚沙成塔也是一项客观的执行成本成本。HotSpot使用直接指针来实现对象访问。

参考文献： 周志明．深刻理解Java虚拟机[M]．第2版．北京：机械工业出版社