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Java堆中对象创建、布局、访问全过程

张舒歌
 张舒歌
发布于 2016/11/18 10:26
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jvm

1.创建对象

    创建对象通常仅仅是一个new关键词而已。

1.1类加载检查

    虚拟机在创建对象之前需要先判断是否已经被加载,通过检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用,并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有,那必须先执行相应的类的加载过程。

1.2为对象分配内存空间

    对象所需内存的大小在类加载完成后便完全确定,为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。

1.2.1内存分配方式

    根据Java堆中的内存是否规整有两种内存的分配方式指针碰撞方式和空闲列表方式,Java堆是否规整由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

  • 指针碰撞(Bump the pointer):Java堆中的内存是规整的,所有用过的内存都放在一边,空闲的内存放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,分配内存也就是把指针向空闲空间那边移动一段与内存大小相等的距离。例如:Serial、ParNew等收集器。
  • 空闲列表(Free List):Java堆中的内存不是规整的,已使用的内存和空闲的内存相互交错,就没有办法简单的进行指针碰撞了。虚拟机必须维护一张列表,记录哪些内存块是可用的,在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录。例如:
    CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器。

1.2.2内存分配时的并发问题

    对象在虚拟机中创建时非常频繁的行为,即使是仅仅修改一个指针指向的位置,在并发情况下也并不是线程安全的,可能出现正在给对象A分配内存,指针还没来得及修改,对象B又同时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,一种是同步处理另一种是本地线程分配缓存。

  • 同步处理: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。
  • 本地线程缓冲(TLAB):把内存分配的动作按照线程划分为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,称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation 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。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/UserTLAB参数来设置。

1.3内存空间初始化

    虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头),如果使用了TLAB,这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。内存空间初始化保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用,程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。 

1.4设置对象

    虚拟机对对象进行必要的设置,例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头之中。

1.5执行<init>方法

    在上面的工作都完成之后,从虚拟机的角度看,一个新的对象已经产生了。但是从Java程序的角度看,对象的创建才刚刚开始<init>方法还没有执行,所有的字段都还是零。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产生出来。

 

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