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[Java教程]HotSpot虚拟机对象探秘


对象创建:当虚拟机遇到一条new指令时,首先将检查这个指令参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用,并检查这个类的符号引用是否被加载、解析和初始化,如果没有,必须先执行类的加载过程。

在类完成加载后,虚拟机便会为类分配内存,而内存的大小在类加载完成时就已经确定了,若Java堆的内存是绝对规整的,即用过的内存放一边,空闲的内存放另一边,中间用指针作为分界点隔开,那么内存分配时仅仅是把中间指针向空闲空间那边移动一段与对象大小相等的距离即可,这种内存分配方式称为“指针碰撞”(Bump the pointer)。若Java堆的内存并不规整,用过的内存和空闲的内存相互交错,那么虚拟机必须维护一个列表来记录哪些内存区是可用的,在分配时找一块足够大的区域给对象实例,并更新列表,这种分配方式称为“空闲列表”(Free List)。Java堆是否规整是由垃圾回收器是否带有压缩整理功能决定的。在使用Serial、ParNew等带Compact过程的垃圾收集器时,系统采用的分配算法是指针碰撞,而使用CMS这种基于Mark-Sweep的收集器时,采用空闲列表的分配算法。

对象的创建在虚拟机中十分的频繁,即使是仅仅改变一个指针所指向的位置,在并发的情况下也不是线程安全的。可能出现给对象A分配内存,还没修改指针的情况下,对象B使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题有两种方案:一种是对内存分配空间的操作进行同步处理,另一种是把内存分配的动作按线程划分在不同的空间中进行,即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存(Thread Local Allication Buffer,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。内存分配完后,虚拟机会对内存空间初始化为零值,并在对象头(Object Header)中设置类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息,执行完new指令后,会接着执行<init>方法,这样,一个真正可用的对象才算完全产生出来。

对象的内存布局:对象在内存中的存储布局可以分为对象头(Object Header)、实例数据(Instant Data)、和对齐填充(Padding)。

对象头又包括两部分信息,第一部分包括自身的运行时数据,如哈希码、GC分代年龄、锁状态标识、自身持有的锁、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来确定对象是哪个类的实例。如果对象是Java数组,那么对象头中还应记录数组的长度,因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定对象大小,但是从数组的元数据中无法确定数组的大小。

实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也是程序中定义的各种类型的字段内容。存储的顺序受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中的定义顺序的影响。

对齐填充仅仅起占位符的作用,不是必然存在的。HotSpot中要求对象的起始地址必须是8字节的整数倍。

对象的访问定位:对象访问方式分 使用句柄 和 直接指针 两种

使用句柄:

使用句柄的优势在于reference中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动(在垃圾回收时移动对象是十分普遍的行为)时只会改变句柄中实例数据指针,而reference本身不需改变。

使用直接指针的优势在于速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销。

参考书籍《深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践》