JVM(八)：Java 对象模型

本文将学习对象是如何创建的，对象的内存布局，以及如何定位访问一个对象。

对象创建

当虚拟机碰到一个new指令时，首先检查指令参数能否在常量池中定位一个类的符号引用，并且检查该符号引用对应的类是否已经被加载，解析和初始化。当一切都确定完成后，JVM就会为其分配内存(需要分配的内存大小在现在就已经确定，在 下面 中详细讲述)。

对象的内存分配方式分为以下两种：

1. 指针碰撞，这种分配方式建立在堆内已用空间和剩余空间是完整的，这样的话，在两者之间放置一个指针作为分界点的指示器即可，在分配空间时，只需要移到一下指针位置就好了。
2. 空闲列表，如果 JVM 内的空间不是规整的，那么就只能采用此方案了。此时 JVM 会维护一个列表，记录了哪些内存块是可用的，在分配的时候划一个大小足够的区域给对象实例，并更新列表即可。

以上两种方式采取哪种，取决于 Java 堆是否工整，而堆是否工整又取决于垃圾回收算法是否具有整理功能。

对象模型

前面说到对象在创建时就已经确定了内存大小，那么 JVM 是怎么确定对象的大小呢？对象在内存中又是如何存储的呢？

在 JVM 中 Java 的对象模型分为以下3块，对象头，实例数据，对齐填充，下面就让我们来分别介绍一下。

对象头

对象头的数据包括两部分。一部分是用于存储自身运行时数据，这部分数据被官方称为“Mark World”。其中存储数据包括Hashcode、GC 分代年龄、锁状态标志、线程持有锁、偏向线程ID、偏向时间戳等等。

对象头的另外一部分是 类型指针，即对象指向其类元数据的指针。通过这个指针，我们就可以知道该实例属于哪个类。

实例数据

实例数据就是对象真正存储的有效信息，也就是代码中定义的各种类型的字段内容，不论是父类的还是子类的，都需要记录下来。其存储顺序受到虚拟机分配策略和定义顺序影响。

对齐填充

对象填充不是必要数据。在模型中只是起到占位符的作用。因为 HotSpot 要求对象起始地址必须是8的整数倍，这样在实例数据达不到要求的时候，就需要通过对齐填充来补齐。

对象访问

对象访问的方式是通过引用来定位、访问。但 JVM 规范并没有强制要求该通过何种方式使用引用，因此具体实现还是要依赖与具体虚拟机类型。

不过目前的主流访问方式就是以下两种。

1. 使用引用。其在 Java 堆中会独立创建一个句柄池，引用指向句柄，而句柄指向实例数据和类型数据。
   使用句柄访问

使用这种方式来访问的优点是稳定，例如在 GC 后，实例数据需要移动，那么只需要修改句柄池中的内容即可，reference 指向的是稳定的位置，缺点是这种方式需要二次定位，速度较慢。

2. 直接指针访问，引用直接堆中对象地址，堆中保存了实例数据和类型数据指针，指针直接指向另外存储的类型数据。
   通过直接指针访问对象

使用这种方式的优点是访问实例数据快，因为 reference 指向直接的对象，省去了一次内存定位开销。但缺点就是不够稳定，在对象移动后，reference 也需要修改值。

具体采用何种，不同的虚拟机有不同的实现，因为两者各有千秋，并没有强烈的优缺点，因此不同情况不同处理即可。

总结

在本文中介绍了对象的本质模型是什么，以及对象是如何创建和访问使用的，与上文的 JVM 内存模型结合来看，可以让我们了解内存泄露产生的原因，有助于高效地理解使用 Java 的自动内存管理机制。

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本系列文章主要借鉴自《深入分析 Java Web 技术内幕》和《深入理解 Java 虚拟机-JVM 高级特性与最佳实践》。
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