jvm-1.4 jvm-object

jvm对象模型

HotSpot虚拟机中，设计了一个OOP-Klass Model。OOP（Ordinary Object Pointer）指的是普通对象指针，而Klass用来描述对象实例的具体类型。

每一个Java类，在被JVM加载的时候，JVM会给这个类创建一个instanceKlass，保存在方法区，用来在JVM层表示该Java类。

当我们在Java代码中，使用new创建一个对象的时候，JVM会创建一个instanceOopDesc对象

对象的内存布局

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：

Hotspot 虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的自身运行时数据（哈希码、GC 分代年龄、锁状态标志等等），另一部分是类型指针，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那个类的实例。

实例数据：

存储的是真正有效数据，如各种字段内容，各字段的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/boolean、oops(ordinary object pointers)，相同宽度的字段总是被分配到一起，便于之后取数据。父类定义的变量会出现在子类定义的变量的前面。

为了保证效率，Java编译期在编译Java对象的时候，通过字段类型对Java对象的字段会进行排序，具体顺序如下表所示：

元数据指针是一个引用类型，因此正常来说64位机元数据指针应当为8字节，32位机元数据指针应当为4字节，但是HotSpot中有一项优化是对元数据类型指针进行压缩存储，使用JVM参数：（-XX:+UseCompressedOops开启压缩 -XX:-UseCompressedOops关闭压缩）

HotSpot默认是前者，即开启元数据指针压缩，当开启压缩的时候，64位机上的元数据指针将占据4个字节的大小。换句话说就是当开启压缩的时候，64位机上的引用将占据4个字节，否则是正常的8字节。

对齐填充：

对于64位虚拟机来说，对象大小必须是8B的整数倍，不够的话需要占位填充

对象在虚拟机中的定位

创建对象是为了使用对象，我们的Java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。在虚拟机规范中，reference类型中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用使用什么方式去定位、访问堆中的对象的具体位置。目前的主流的访问方式有使用句柄访问和直接指针访问两种。

句柄访问：Java堆中会划分出一块内存作为句柄池，栈中的reference指向对象的句柄地址，句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息

直接指针访问：reference中存储的就是对象地址。

对象的创建

对象创建字节码解析：

new
申请对象内存空间
Invokespecial #3 <T.> 对象初始化操作
astore_1 对象变量指向对象内存空间

1. 类加载检查

虚拟机遇到一条 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这个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载过、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。

2. 分配内存

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。对象所需的内存大小在类加载完成后便可确定，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。

分配方式有 “指针碰撞” 和 “空闲列表” 两种，选择那种分配方式由 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压缩整理功能决定。

内存分配的两种方式：选择以上两种方式中的哪一种，取决于 Java 堆内存是否规整。而 Java 堆内存是否规整，取决于 GC 收集器的算法是"标记-清除"，还是"标记-整理"（也称作"标记-压缩"），值得注意的是，复制算法内存也是规整的
内存分配并发问题在创建对象的时候有一个很重要的问题，就是线程安全，因为在实际开发过程中，创建对象是很频繁的事情，作为虚拟机来说，必须要保证线程是安全的，通常来讲，虚拟机采用两种方式来保证线程安全：
- CAS+失败重试： CAS 是乐观锁的一种实现方式。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。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。
- TLAB：为每一个线程预先在 Eden 区分配一块儿内存，JVM 在给线程中的对象分配内存时，首先在 TLAB 分配，当对象大于 TLAB 中的剩余内存或 TLAB 的内存已用尽时，再采用上述的 CAS 进行内存分配

3. 初始化零值

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），这一步操作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。

4. 设置对象头

初始化零值完成之后，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是那个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的 GC 分代年龄等信息。这些信息存放在对象头中。另外，根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

对象头存储对象运行时记录信息，主要有HashCode、分代年龄、锁状态标记、线程持有的锁、偏向线程ID等，占用内存和虚拟机位长一致，如果是32位虚拟机则为32位，在64位虚拟机则为64位；

5. 执行 init 方法

在上面工作都完成之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但从 Java 程序的视角来看，对象创建才刚开始，方法还没有执行，所有的字段都还为零。所以一般来说，执行 new 指令之后会接着执行方法，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。

执行对象初始化()方法，编译器会按照其出现顺序，收集成员变量的赋值语句、普通代码块，最后收集构造函数的代码，最终组成对象初始化方法。对象初始化方法一般在实例化类对象的时候执行。

class X {
   static Log log = LogFactory.getLog(); // <clinit>
   private int x = 1;   // <init>
   X(){
      // <init>
   }
   static {
      // <clinit>
   }
}

在Java中，创建一个对象常常需要经历如下几个过程：父类的类构造器() -> 子类的类构造器() -> 父类的成员变量和实例代码块 -> 父类的构造函数 -> 子类的成员变量和实例代码块 -> 子类的构造函数。

一个Java对象的创建过程往往包括两个阶段：类初始化阶段和类实例化阶段。