jvm读书记录2-HotSpot虚拟机对象分配

HotSpot虚拟机在java堆中对象的分配、布局和访问过程

一、对象的创建

1. 当Java虚拟机遇到一条字节码new指令时，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。如果没有，那么必须执行相应的类加载过程。
2. 在类加载检查过后，接下来虚拟机将会为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完成确定。为对象分配空间的任务实际上便等同于把一块确定大小的内存块从java堆中划分出来。内存分配的方式有俩种方式：
   1. 指针碰撞：假设Java堆中的内存时规整的，所有使用过的内存放在一边，没有使用过的放在一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配的内存就仅仅是把那个指针向空闲的方向挪到一段与对象大小相等的距离。serial parnew
   2. 空闲列表：如果内存空间不是规整的，虚拟机就必须维护一个列表，记录哪些内存块是使用过的，那些是可用的。Java堆是否规整由所用的垃圾收集器是否带有空间压缩整理的能力决定。cms （其实设计了一个linear allocation buffer的分配缓冲区，通过空闲列表拿到一大块分配缓冲区之后，在其内使用指针碰撞的方式来分配）。
3. 并发下的保证线程安全的对象创建：
   1. 堆分配内存空间的动作进行同步处理--实际上虚拟机是采用cas配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；
   2. 本地线程缓存（TLAB）：按照线程划分在不同的空间中进行内存分配，每个线程在Java堆预先分配一小块的内存，本地缓冲区用完了，分配新的缓存区时进行同步锁定。
4. 内存分配完成之后，虚拟机必须将分配到的内存空间都初始化为零值，如果使用了TLAB，这一步也可以在TLAB分配时顺便进行。
5. Java虚拟机还需要堆对对象进行必要设置，例如这个对象时那个类的实例，如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码（lazy，调用方法时才计算）、对象的gc分代年龄信息。这些信息都存放在对象的对象头中。根据虚拟机当前的运行状态不同，如是否使用偏向锁，对象头会有不同的设置方式。
6. 在上面的步骤都完成之后，从虚拟机视角来看，一个新的对象已经禅师了。但是在Java程序员的视角来看，对象创建菜刚刚开始-构造函数。

二、对象的内存布局

在hotspot虚拟机里面，对象在堆内存中存储布局可以划分为三个部分：对象头、实例数据、对齐填充。

1. 对象头部分包括俩类信息
   1. 存储对象自身的运行时数据，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。这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和64bit，官方称它为“mark word”。mark word被设计成一个有着动态定义的数据结构，以便在极小的空间内存储尽量多的数据，根据对象的状态复用自己的存储空间。
   2. 类型指针，即对象指向他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时那个类的实例。并不是所有的虚拟机实例都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定经过对象本身。原因见下节
2. 实例数据部分时对象真正存储的有效信息，字段的存储顺序会受到虚拟机参数和字段在java源码中定义顺序的影响，相同宽度的字段总是被分配在一起存放，父类的变量会出现在子类的前面
3. 对齐填充，这并不是必然存在的，也没特别含义，仅起着占位符的作用。hotspot虚拟机的自动内存管理系统要求对象的起始地址必须时8字节的整数倍。

三、对象的访问定位

Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象，主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针俩种：

1. 句柄 Java堆中可能会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是句柄地址，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。
2. 直接指针的话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，这样的话，访问对象本身，就不需要多访问一次间接访问的开销。

           

这俩种对象访问方式各有优势，使用句柄的最大好处是reference中国呢存储的稳定的句柄地址，在对象被移动的时候，只会改变句柄中实例数据指针。使用直接指针的最大好处就是速度更快，hostspot就是视通的直接指针的方式。

参考《深入理解Java虚拟机》 周志明