对象创建
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
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 ThePointer)。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)。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。因此,当使用Serial、ParNew等带压缩整理过程的收集器时,系统采用的分配算法是指针碰撞,既简单又高效;而当使用CMS这种基于清除(Sweep)算法的收集器时,理论上[1]就只能采用较为复杂的空闲列表来分配内存
对象分配内存时安全问题? 一种是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;另外一种是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,只有本地缓冲区用完了,分配新的缓存区时才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定
对象的内存布局
HotSpot虚拟机对象头Mark Word
Class Pointer
即类型指针,是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哪个类的实例。
实例数据
如果对象有属性字段,则这里会有数据信息。如果对象无属性字段,则这里就不会有数据。根据字段类型的不同占不同的字节,例如boolean类型占1个字节,int类型占4个字节等等;
对齐数据
对象可以有对齐数据也可以没有。默认情况下,Java虚拟机堆中对象的起始地址需要对齐至8的倍数。如果一个对象用不到8N个字节则需要对其填充,以此来补齐对象头和实例数据占用内存之后剩余的空间大小。如果对象头和实例数据已经占满了JVM所分配的内存空间,那么就不用再进行对齐填充了。
所有的对象分配的字节总SIZE需要是8的倍数,如果前面的对象头和实例数据占用的总SIZE不满足要求,则通过对齐数据来填满。
为什么要对齐数据?字段内存对齐的其中一个原因,是让字段只出现在同一CPU的缓存行中。如果字段不是对齐的,那么就有可能出现跨缓存行的字段。也就是说,该字段的读取可能需要替换两个缓存行,而该字段的存储也会同时污染两个缓存行。这两种情况对程序的执行效率而言都是不利的。其实对其填充的最终目的是为了计算机高效寻址。
对象的访问
创建对象自然是为了后续使用该对象,我们的Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具
体对象。由于reference类型在《Java虚拟机规范》里面只规定了它是一个指向对象的引用,并没有定义
这个引用应该通过什么方式去定位、访问到堆中对象的具体位置,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:
·如果使用句柄访问的话,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,其结构如图2-2所
示。
·如果使用直接指针访问的话,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,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,如图2-3所示。
这两种对象访问方式各有优势,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。
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,就本书讨论的主要虚拟
机HotSpot而言,它主要使用第二种方式进行对象访问(有例外情况,如果使用了Shenandoah收集器的
话也会有一次额外的转发,具体可参见第3章),但从整个软件开发的范围来看,在各种语言、框架中
使用句柄来访问的情况也十分常见