DAY2:你必须知道的java虚拟机之对象篇

敲脑壳呀敲脑壳
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俗话说的好：渣男渣女new对象，只有老实人在GC。当然这是我说的哈哈哈

不知道新的一年马上就要到来了，不知道各位掘友今年回家是一个人还是两个人，亦或者是给老母亲带来惊吓的3人小队呢？

新的一年真心祝愿大家股票基金涨涨涨，老婆对象整起来～

话不多说开始本章的内容之前我们先来回顾一下上节内容

上节回顾

1.什么叫一器一区一堆两栈？

2.哪些运行时数据区域会有OOM风险？

3.线程共享和非线程共享的区域分别是哪几个？

答不上来的同学要不及格了哈，补考通道

本章提要

本章主要目的是带大家温习一下HotSpot虚拟机在Java堆中对象分配、布局和访问的全过程。

点赞➕关注，对象找上门

一、对象的创建

说到对象的创建，其前面其实还有一步就是类的加载，之所以先讲对象篇，是因为这两者相比之下对象篇相对简单些，并且更加贴近我们平常的编码工作。 我们通过一个简单的代码配合其字节码文件来看一看对象到底是怎么来的。

public class CreatGirlFriend {

  private static class GirlFriend{
  }

  public static void main(String[] args) {
    GirlFriend girlFriend = new GirlFriend();
  }

}

对象创建过程

1.java虚拟机接受到一个new的字节码指令

2.这个指令会定位到常量池中的这一行的GirlFriend类的符号引用

  #2 = Class              #17            // day2/CreatGirlFriend$GirlFriend

3.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加载过程（这一过程我们在下一节的内容中会细说）

4.虚拟机将为新生对象分配内存

5.虚拟机必须将分配到的内存空间（但不包括对象头）都初始化为零值，如果使用了TLAB的话，这一项工作也可以提前至TLAB分配时顺便进行。

6.Java虚拟机还要对对象进行必要的设置

7.执行类的构造函数初始化

4: invokespecial #3                  // Method day2/CreatGirlFriend$GirlFriend."<init>":()V

内存分配

内存分配有两种方式分别是“指针碰撞”（Bump ThePointer）和“空闲列表”（Free List）。

java堆内存是绝对规整的情况下，所有被使用过的内存都被放在一边，空闲的内存被放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离，这就是指针碰撞。

空闲列表就是当java堆中的内存不是规整的，已使用的和未使用的穿插在一起的时候，虚拟机就必须维护一个列表，记录上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。

选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有空间压缩整理（Compact）的能力决定。

内存分配的并发问题

对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使仅仅修改一个指针所指向的位置，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可选方案：

1.对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。失败重试是保证只要堆内存不溢出，并且有足够的空间来存放对象实例，对象一定能分配到属于自己的内存空间。

2.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，称为本地线程分配缓冲（Thread Local AllocationBuffer，TLAB），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区中分配。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX：+/-UseTLAB参数来设定。这里需要注意的是当需要分配的内存过大的时候，仍就需要使用方法1来进行对象内存的分配。

二、对象的内存布局

在HotSpot虚拟机里，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）

我们通过一个springboot项目来加深对这三个部分的理解

新建一个SpringBoot项目，添加依赖

<dependency>
      <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
      <artifactId>jol-core</artifactId>
      <version>0.9</version>
</dependency>

给大家创建一个对象

  public static void main(String[] args) {
    GirlFriend girlFriend = new GirlFriend("迪丽热巴",22);
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(girlFriend).toPrintable());
  }

输出： 输出的内容中我们给他分成4块内容，分别来介绍一下

1.对象头

对象头包含两类信息，也就是图中标出的1，2两个框框内的数据，分别是Mark Word和类型指针

1.1 Mark Word

这部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（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。由于对象需要存储的运行时数据很多，所以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。 这里我们着重看一下锁标志位以64位HotSpot为例子。 对照我们这里的程序输出的第一行 这里给大家创建的girlFriend对象是一个正常的无锁态的阶段

相信看到这里大家一定觉得我在忽悠了，我们再写一个抢女朋友的程序对照着锁标志位表格来验证一下

 public static void main(String[] args) {
    GirlFriend girlFriend = new GirlFriend("迪丽热巴",22);

    for(int i=0;i<3;i++){
      new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
          synchronized (girlFriend){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(girlFriend).toPrintable());
          }
        }
      }).start();
    }
  }

这里我们使用synchronized关键字来创造出一个重量级锁的状态

输出 可以看到这里的锁标志位变成来10，也就是证明当前对象所处的锁状态是重量级锁状态，其他的情况同学们有兴趣的也可以一一尝试一下。

1.2 类型指针

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。并不是所有的虚拟机实现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要经过对象本身。

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。对于这一点我们也通过一个小例子来看下。

public class ArrayObject {

  public static void main(String[] args) {
    String[] strings = new String[10];
    System.out.println(ClassLayout.parseInstance(strings).toPrintable());
  }
}

输出 显而易见，这边我们初始化一个大小为10的String数组，这里对象头的位置就多了一块用于记录数组长度的数据。

2.实例数据

这部分就是我们对象的属性，也就是我们代码中会实际用到的这部分数据。

这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（-XX：FieldsAllocationStyle参数）和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配顺序为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（OrdinaryObject Pointers，OOPs），从以上默认的分配策略中可以看到，相同宽度的字段总是被分配到一起存放，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。如果HotSpot虚拟机的+XX：CompactFields参数值为true（默认就为true），那子类之中较窄的变量也允许插入父类变量的空隙之中，以节省出一点点空间。

以下是我们GirlFriend对象的字段定义顺序

@Data
public class GirlFriend {

  private String name;

  private int age;

  GirlFriend(String name,int age){
    this.name = name;
    this.age =age;
  }
}

通过这个例子我们也可以看到，定义在前面的name字段由于是String类型的，所以在实例数据里面的排序就排在了int类型的age字段的后面了。这个相信很好理解～

3.对齐填充

对齐填充很好理解，对象的前两个部分，对象头和实例对象加起来的位数如果不是8的倍数，那么就需要补位达到8的倍数，原因就是1bit数据就是8位，这里数一下，对象头+实例数据=20位，所以对齐填充的时候又补充了4位填充位来保证位数是8的倍数。

回顾一下

来一波灵魂3连问，对象创建的7个步骤同学们清楚了没？虚拟机内存分配的2种方式具体是怎么回事？对象的内存布局的3个部分同学们了解多少？

相信对对象有追求的同学一定能掌握本节的内容，同学们记得点赞👍+关注，继续下一章类加载篇～

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