【深入理解java虚拟机】 - HotSpot虚拟机中对象的创建、内存布局和访问

x33g5p2x  于2022-06-27 转载在 Java  
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对象的创建

当Java虚拟机遇到一条字节码new指令时:

  1. 首先将去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;
  2. 如果没有,则执行相应的类加载过程;
  3. 在类加载检查通过后,接下来虚拟机将为新生对象分配内存;
  4. 初始化对象,对对象进行必要的设置并将信息(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)存放在对象的对象头(Object Header)之中。

整个过程如下图所示:

对象的内存布局

对象创建以后被存放在堆区中,对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。

对象头

HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。

  1. 存储对象自身的运行时数据:哈希码(HashCode)、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;
  2. 是类型指针,即对象指向它的类型元数据的指针,Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。

此外,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,但是如果数组的长度是不确定的,将无法通过元数据中的 信息推断出数组的大小。

实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息,即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容。

实例数据部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。

默认的分配顺序为:

  1. long、double
  2. int
  3. short、char
  4. byte、boolean
  5. oop(Ordinary Object Pointers)

相同宽度的字段会被分配到一起存放,并且,在满足这个前提条件的情况下,在父类中定义的变量会出现在子类之前。

对齐填充

HotSpot虚拟机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,因此,如果对象实例数据部分没有对齐的话,就需要通过对齐填充来补全。

这部分就相当于起到一个占位符的作用。

对象的访问定位

创建对象的目的是使用对象,Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。

对象访问方式主要有使用句柄直接指针两种:

句柄

Java堆中将可能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具体的地址信息。

直接指针

Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关 信息,reference中存储的直接就是对象地址,如果只是访问对象本身的话,就不需要多一次间接访问的开销。

优缺点

使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定句柄地址,在对象被移动(垃圾收集)时只会改变句柄中的实例数据指针,而 reference本身不需要被修改。

使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销,由于对象访 问在Java中非常频繁,因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本。

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