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JVM学习09:HotSpot虚拟机对对象的管理(完结)

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发布于 2017/07/24 08:59
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对象创建

在语言层面上,创建对象(例如克隆、反序列化)通常仅仅是一个new关键字而已,而在虚拟机中,对象(文中讨论的对象限于普通Java对象,不包括数组和Class对象等)的创建过程如下图:
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内存分配

类加载完成之后,就需要为新对象分配内存空间;新对象的大小在类加载过程中就确认了大小;分配内存的过程就是把堆中一块区域划分给新对象的使用。
指针碰撞:当堆中内存是绝对规整的,分配和未分配的内存分开,中间是指针作为临界点,分配内存就是把指针王为分配内存移动新对象大小的位置。
空闲列表:当堆中的内存分配不均匀,分配和未分配交错,则需要维护一个列表来记录未分配的空间,在分配内存的时候更新该列表即可(在列表中找出一块能够容纳新对象的区域)。

内存分配同步

同步分配空间方法: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的原子性
本地线程分配缓冲(TLAB):把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行,即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,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。
内存分配完成后,虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)—保证了在使用实例对象时可以不赋值默认值(final除外)

对象头设置

需要在对象头中设置:类的实例、类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄以及根据虚拟机当前的运行状态的不同,设置是否启用偏向锁。

真正初始化对象

截至目前对象已经产生(默认初始化),但是如果想达到真正的初始化的对象,需要通过init方法来完成。所以,一般来说(由字节码中是否跟随invokespecial指令所决定),执行new指令之后会接着执行<init>方法,把对象按照程序员的意愿进行初始化,这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

对象在内存中的布局

在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头Header、实例数据Instance Data和对齐填充Padding。

对象头

  • 存储对象自身的运行数据:哈希码、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。这部分数据的长度在32和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit,官方称为“Mark World”。但是对象存储的数据比较多,一般都会大于32,64位bitmap结构所能记录的长度,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。
    HotSpot虚拟机对象头Mark World
  • 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这个对象是哪个类的实例(并非所有的对象中都需要记录这个指针);如果对象是一个Java数组,那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据,因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小,但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。

实例数据

实例数据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(包括父类和子类中的定义)。
存储顺序:虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义的顺序有关。
默认分配策略:longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers),从分配策略中可以看出,相同宽度的字段总是被分配到一起。

对齐填充

该部分不是必然存在的,也没有特别的含义,它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的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,换句话说,就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数(1倍或者2倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补全。

对象访问

通过句柄访问对象

网络图片:这里写图片描述

通过直接指针访问对象

网络图片:
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优缺点比对

使用句柄来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)时只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要修改。
使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快,它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后也是一项非常可观的执行成本。

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