对象的创建

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，那必须先执行相应的类加载过程，本书第7章将探讨这部分细节。

假设Java堆中内存是绝对规整的，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，这种分配方式称为“指针碰撞”（Bump The Pointer）。但如果Java堆中的内存并不是规整的，已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，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，这种分配方式称为“空闲列表”（Free List）。

虚拟机是采用CAS配上失败重试的方式保证分配内存操作的原子性。

内存分配完成之后，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。

接下来，Java虚拟机还要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（实际上对象的哈希码会延后到真正调用Object::hashCode()方法时才计算）、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头（Object Header）之中。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。关于对象头的具体内容，稍后会详细介绍。

代码

// 确保常量池中存放的是已解释的类
    if (!constants->tag_at(index).is_unresolved_klass()) {
      // 断言确保是klassOop和instanceKlassOop（这部分下一节介绍）
      oop entry = (klassOop) *constants->obj_at_addr(index);
      assert(entry->is_klass(), "Should be resolved klass");
      klassOop k_entry = (klassOop) entry;
      assert(k_entry->klass_part()->oop_is_instance(), "Should be instanceKlass");
      instanceKlass* ik = (instanceKlass*) k_entry->klass_part();
      // 确保对象所属类型已经经过初始化阶段
      if ( ik->is_initialized() && ik->can_be_fastpath_allocated() ) {
        // 取对象长度
        size_t obj_size = ik->size_helper();
        oop result = NULL;
        // 记录是否需要将对象所有字段置零值
        bool need_zero = !ZeroTLAB;
        // 是否在TLAB中分配对象
        if (UseTLAB) {
          result = (oop) THREAD->tlab().allocate(obj_size);
        }
        if (result == NULL) {
          need_zero = true;
          // 直接在eden中分配对象
    retry:
          HeapWord* compare_to = *Universe::heap()->top_addr();
          HeapWord* new_top = compare_to + obj_size;
          // cmpxchg是x86中的CAS指令，这里是一个C++方法，通过CAS方式分配空间，并发失败的话，转到retry中重试直至成功分配为止
          if (new_top <= *Universe::heap()->end_addr()) {
            if (Atomic::cmpxchg_ptr(new_top, Universe::heap()->top_addr(), compare_to) != compare_to) {
              goto retry;
            }
            result = (oop) compare_to;
          }
        }
        if (result != NULL) {
          // 如果需要，为对象初始化零值
          if (need_zero ) {
            HeapWord* to_zero = (HeapWord*) result + sizeof(oopDesc) / oopSize;
            obj_size -= sizeof(oopDesc) / oopSize;
            if (obj_size > 0 ) {
              memset(to_zero, 0, obj_size * HeapWordSize);
            }
          }
          // 根据是否启用偏向锁，设置对象头信息
          if (UseBiasedLocking) {
            result->set_mark(ik->prototype_header());
          } else {
            result->set_mark(markOopDesc::prototype());
          }
          result->set_klass_gap(0);
          result->set_klass(k_entry);
          // 将对象引用入栈，继续执行下一条指令
          SET_STACK_OBJECT(result, 0);
          UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUE(3, 1);
        }
      }
    }

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）。

对象头

对象头部分包括两类信息。第一类是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。

对象头的另外一部分是类型指针，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。

实例数据

即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。

对齐填充

它仅仅起着占位符的作用。任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。

对象的访问定位

所以对象访问方式也是由虚拟机实现而定的，主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种。

句柄访问

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（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）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。

指针访问

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。

参考:

深入理解java虚拟机
java对象在内存中的结构（HotSpot虚拟机）

虚拟机对象探秘