[读书笔记] 有关Java对象的一切

一、对象的创建过程

（此处讨论的对象限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等）

当JVM遇到一条new指令时，JVM会根据以下流程创建一个新的对象：

1. 类加载检查：检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到类的符号引用，检查符号引用代表的类是否被加载、解析和初始化过。如果没有，执行类加载。

2. 为新对象分配内存：类加载完成后，对象所需内存大小便已确定。为对象分配内存等同于把一块确定大小的内存从Heap中划分出来。（随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术逐渐成熟，产生了栈上分配、标量替换等优化技术，因而并不是所有对象都在Heap上分配）

3. 内存初始化：将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头）。

4. 设置对象头信息：例如该对象是哪个类的实例、如何找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等。

5. 执行<init>方法： At the level of the Java Virtual Machine, every constructor written in the Java programming language (JLS §8.8) appears as an instance initialization method that has the special name <init>.

为新对象分配内存的方式由Heap是否规整决定：

• 假设Heap中的内存是绝对规整的，用过的内存在一边，空闲的内存在另一边，它们之间有一个指针作为分界点指示器，只需将指针向空闲一边移动与对象大小相同的长度，即可完成分配。这种分配方式被称为“指针碰撞”。

• 假设Heap中内存不是规整的，而是已用内存和空闲内存在物理上交错分布，就无法使用“指针碰撞”的方法。而需要JVM维护一个逻辑上连续的可用内存列表，在列表中找到一块足够大的内存空间分配给对象，并更新列表记录。这种方式被称为“空闲列表”。

而Heap是否规整又由所采用的垃圾收集器（Garbage Collector）决定。下面是几种常用GC的内存分配方式：

• 指针碰撞：Serial、ParNew等带Compact过程的GC

• 空闲列表：CMS这种基于Mark-Sweep算法的GC

另外，JVM为对象分配内存时，在并发情况下要考虑线程安全。这个问题有两种解决方案：

• 对内存分配的动作做同步处理：CAS + 失败重试，以确保更新操作的原子性

• 把内存分配的动作按线程划分在不同的空间中执行：每个线程在Heap中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer）。每个线程在各自的TLAB上分配内存，只有TLAB用完并分配新TLAB时，才需要同步锁定。

二、对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可分为三块区域：对象头、实例数据和对齐填充。

对象头（Header）

对象头包括两部分信息：一部分用于存储对象自身的运行时数据，例如哈希码、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；另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针确定对象是哪个类的实例。

实例数据（Instance Data）

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是程序代码中所定义的各种字段内容，其中包括从父类继承的字段和子类中自行定义的字段。

对齐填充（Padding）

由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍（对象大小必须是8字节的整数倍），而且Header部分正好是8字节的整数倍。所以当Instance Data长度没有对齐时，需要做对齐填充。

三、对象的访问定位

建立对象是为了使用对象，Java程序通过Stack上的reference数据来操作Heap上的具体对象。对象访问的方式取决于虚拟机实现，主流的访问方式有句柄和直接指针。

如果使用句柄的话，那么Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，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的具体地址信息。使用句柄的好处是：reference中存储的稳定的句柄地址，对象被移动时只会改变对象实例指针，reference本身不需要修改。

如果使用直接指针访问，那么 Java 堆对象的布局中就必须考虑如何防止访问类型数据的相关信息，reference 中存储的直接就是对象的地址。使用直接指针的好处是：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。

四、对象一生所在的内存区域

• 多数对象分配在新生代Eden：当Eden没有足够空间分配时，发起一次Minor GC。
• 大对象直接进入老年代：虚拟机提供了-XX：PretenureSizeThreshold参数，大于这个值的对象直接进入老年代（典型的大对象是很长的字符串和数组）。这样的目的是为了避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量内存复制。
• 长期存活的对象进入老年代：如果对象在Eden出生、经过第一次Minor存活、能被Survivor容纳，就移动到Survivor空间且对象年龄设为1。在Survior中每熬过一次Minor GC，年龄就+1，当年龄到达-XX：MaxTenuringThreshold（默认15），对象就移动到老年代。
• 动态对象年龄判定：如果在Survivor中 相同年龄的所有对象的内存之和 ＞ Survivor空间的一半，则对象年龄 ≥ 该年龄 的对象直接进入老年代，无需等到MaxTenuringThreshold。

五、参考书目

周志明《深入理解Java虚拟机（第2版）》