对象的创建过程:
几点补充:
1.对象所需的内存大小在类加载后便确定,为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆划分出来。用过的内存在一边,空闲的内存在另一边,中间有一个指针作为指示器,这种分配内存的方式称为指针碰撞。如果Java堆中的内存并不是规整的,已使用的内存和空闲内存相互交错,那就没办法简单的进行指针碰撞了,虚拟机就必须维护一个队列表,记录哪些内存块是可用的,在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,并更新列表上的记录,这种分配方式称为:“空闲列表”。选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定。
线程安全问题:
可能出现正在给对象A分配内存,指针还没来得及修改,对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这一问题的方案是:
1.1、对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式,保证更新操作原子性
1.2、把内存分配的动作按照线程划分在不同空间之中进行,即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓存(TLAB)。哪个线程要分配内存,就在哪个线程的TLAB上分配,只有TLAB用完并分配新的TLAB时,才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。
2.分配完内存区域后,给内存中的对象赋零值。如果使用的是TLAB方法,这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。
对象的内存布局:
HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为三块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。
对象头部分:
HotSpot虚拟机的对象头(Object Header)包括两部分信息,第一部分用于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、偏向时间戳等等,这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机(暂不考虑开启压缩指针的场景)中分别为32个和64个Bits,官方称它为“Mark Word”。
对象需要存储的运行时数据很多,其实已经超出了32、64位Bitmap结构所能记录的限度,但是对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额 外存储成本,考虑到虚拟机的空间效率,Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息,它会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如在32位的HotSpot虚拟机
中对象未被锁定的状态下,Mark Word的32个Bits空间中的25Bits用于存储对象哈希码(HashCode),4Bits用于存储对象分代年龄,2Bits用于存储锁标志 位,1Bit固定为0,在其他状态(轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向)下对象的存储内容如下表所示。
对象头的另一部分是类型指针,即对象指向他的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
实例数据部分:
是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的还是在子类中定义的,都需要记录下来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。Hotspot虚拟机的分配策略是相同宽度的字段总是被分配到一起(double/long, int, short/char, byte/Boolean)
对象填充部分:
由于HotSpot VM自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,所以有时需要补全。
对象的访问定位:
建立对象是为了使用对象,我们的Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用,并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中对象的具体位置,所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的,目前主流的访问方式有两种使用句柄和直接指针
使用句柄
Java堆会中将会划分出一块内存作为句柄池,reference中存储的就是对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。
使用直接指针
Java堆对象的布局中必须考虑如何设置访问类型数据的信息,而reference中存储的直接就是对象地址
这两种对象访问方式各有优势,使用句柄访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中实例数据指针,而reference本身不需要修改。
使用直接指针的最大好处是速度快,他节省了一次指针定位的时间开销,由于对象的访问在Java中非常频繁,因此这类开销积少成多也是非常可观的。——————这也是hotspot虚拟机所采用的对象访问形式。
然后虚拟机将使用CAS操作尝试将对象头中的Mark Word 更新为指向当前线程Lock Record的指针,如果这个更新执行成功了,那么这个线程就拥有了这个对象的锁,并且将Mard Word中的标记位改为00,即表示该对象处于轻量级锁状态,这时候线程堆和对象头的状态如图所示: