jvm-Java對象建立、存儲、定位

1、對象建立

1. 觸發 : 程序建立對象，例如clone,反序列化，new等。

2. 驗證類加載 : 當虛擬機接收到new指令時，檢查指令的參數可否在常量池定位到一個類的符號引用，而且檢查此符號引用的類是否已經被加載、解析、初始化過，若是沒有，則先執行對應的初始化過程。

3. 分配內存空間 : 爲新生代對象分配內存，所需內存在類加載完成後即可徹底肯定。分配內存空間即從堆中劃分一塊肯定大小的內存，此時分兩種狀況：

   • ①堆內存規整，使用中內存與空閒內存被一個指針隔離在兩邊，此時只須要將指針向空閒空間方向挪動此對象大小距離便可，這種方式稱爲指針碰撞；

   • ②若是內存不規整，使用中內存與空閒內存相互交錯，此時虛擬機須要維護一個列表，記錄哪些內存塊可用，在分配空間時須要找到一塊足夠大的空間劃分給對象實例，並更新維護的列表，這種方式爲空閒列表。

          選擇哪一種分配方式由java堆是否規整決定，而java堆是否規整又由所採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理(compact)功能決定，例如Serial、PerNew等使用指針碰撞，CMS基於Mark-Sweep採用空閒列表。
          因爲對象建立對象很是的頻繁，在併發狀況下不少操做都不是線程安全的，例如修改一個指針所指向的位置，可能爲A分配內容時還沒來得及修改指針，對象B又引用了此指針位置爲碰撞點來劃份內存，兩種解決方案：

   • ①對內存分配過程同步處理-實際虛擬機採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操做的原子性
   • ②把內存分配的動做按照線程劃分在不一樣的空間之中進行，即每一個線程在java堆中預先分配一小塊內存，稱爲本地線程分配緩衝（ThreadLocal Local Allocation Buffer，TLAB）(在1.6+纔有，在1.8默認開啓，能夠經過 jinfo -flag UseTLAB pid 來查詢)，哪一個線程須要分配內存，就在那個線程的TLAB上分配，只有TLAB用完並分配新的TLAB時，才須要同步鎖定，能夠經過-XX:+/-useTLAB來開啓關閉

4. 零值初始化 : 內存分配完成後，虛擬機須要將分配到的內存空間都初始化爲零值(不包含對象頭)，這一步操做保證了對象的實例字段在java代碼中能夠不賦值就直接使用，程序能訪問到這些字段的數據類型所對應的零值。

5. 設置對象頭 : 對對應對象頭進行設置必要設置，例如這個對象屬於哪一個類，若是找到類的元數據，對象的哈希碼，對象的gc分代年齡等信息，根據虛擬機的運行狀態，若是是否啓用偏向鎖(主要爲了解決無鎖的性能問題，如今鎖基本都是可重入鎖，在A線程得到鎖後，會被標識爲偏向鎖，簡單說就是有個標記，這個線程已經獲取這個鎖了，在鎖的過程當中再競爭鎖無需進行cas等操做，不會延遲本地調用，在釋放偏向鎖的會有必定的性能損耗，但對比偏向鎖帶來的提高，整體性能仍是有提高的)等，對象頭會有不一樣的設置方式。

6. 調用init方法 : 在上面工做完成後，從虛擬機的角度新對象已經產生了，但從java程序角度來講，對象建立纔剛剛開始，在new指令後會接着執行<init>方法,把對象按照程序員的意願進行初始化，這樣一個對象就真正的產生了。

2、對象內存佈局

       在HotSpot中，對象在內存中存儲的佈局可分爲3塊區域：對象頭(Header)、實例數據(Instance Data)、對齊填充(Padding)。

1. 對象頭：對象頭包含兩部分信息，第一部分存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼(HashCode)、GC分代年齡、鎖狀態標誌、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等、這部分數據的長度在32位合64位的虛擬機（未開啓壓縮指針）中分別爲32bit和64位，官方稱它爲 「Mark Word」。對象狀態在無鎖、可偏向、輕量級鎖定、重量級鎖定、GC標記、狀態下Mark Word存儲內容有所差異。

• 偏向鎖 ： A線程得到鎖，會在A線程的棧幀中變量和鎖對象的對象頭中存儲該線程ID，當該線程再次嘗試獲取該對象鎖時，不須要cas操做，只須要判斷是不是當前線程，當棧幀出棧完成，A線程並不會釋放鎖，須要等到B線程競爭該鎖才釋放，（偏向鎖的釋放須要等到全局安全點，即在此時間點沒有字節碼執行），能夠經過-XX:-UseBiasedLocking=false關閉偏向鎖，則默認會進入輕量級鎖。

• 輕量級鎖 ： A線程得到鎖，會在a線程的棧幀裏建立lock record(鎖記錄變量)，讓lock record的指針指向鎖對象的對象頭中的mark word，再讓mark word 指向lock record，這就是獲取了鎖。B線程在鎖競爭時，發現鎖已經被A線程佔用，則B線程不進入內核態，讓B線程自旋，執行空循環，等待A線程釋放鎖。若是完成自旋策略仍是發現A線程沒有釋放鎖，或者讓C線程佔用了，則B線程試圖將輕量級鎖升級爲重量級鎖。

• 重量級鎖 : 讓爭搶鎖的線程從用戶態轉換成內核態，使cpu藉助操做系統進行線程協調。

2. 實例數據：存儲真正的有效信息，即代碼中定義的字段內容，不管是從父類中繼承下來的，仍是再子類中定義的，都須要記錄下來。HotSpot虛擬機默認的分配策略爲longs/doubles,ints,shorts/chars,bytes/booleans,oops，相同寬度的字段老是被分配到一塊兒。再知足這個前提條件下，再父類中定義的變量會出如今子類以前。

3. 對齊填充：不是必然存在的，也沒有特別的含義，僅僅起着佔位符的做用。因爲HotSpot的自動內存管理系統要求對象起始地址必須是8字節的倍數，而對象頭部分正好時8字節的倍數(1倍或2倍)，所以，當對象實例數據部分沒有對齊時，就須要經過對齊填充來補全。

3、對象訪問定位

創建對象即爲了使用對象，咱們的Java程序須要根據棧上的reference數據來操做堆上的具體對象。因爲reference類型在Java虛擬機規範中只規定了一個指向對象的引用，並無定義這個引用應該經過何種方式去定位、訪問堆中的對象的具體位置，全部具體的訪問方式取決於虛擬機實現，目前主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種。

• 句柄 : 從Java堆中劃分出一塊內存來做爲句柄池，棧幀中reference儲存句柄的地址，而句柄中包含了對象實例數據和類型數據各自的地址信息 。
• 直接指針 ： 棧幀中reference儲存對象地址，堆對象須要考慮如何訪問類型數據的相關信息。

優缺點：使用句柄時，在對象被移動(垃圾收集時移動對象很廣泛)時只會改變句柄中的實例數據指針，而reference自己不須要修改。只用直接指針速度更快，它節省了一次指針定位的時間開銷(reference->對象相對於句柄的reference->句柄->對象)，因爲對象的訪問很是頻繁，所以這類開銷聚沙成塔也是一項客觀的執行成本成本。HotSpot使用直接指針來實現對象訪問。

參考文獻： 周志明．深刻理解Java虛擬機[M]．第2版．北京：機械工業出版社