一句话总结
一个Java对象的生命周期，从被创建到被访问，其背后是JVM复杂的内存管理机制在支撑。
一、对象创建：深入JVM内部流程
当我们在Java代码中执行 new 指令时，JVM并不仅仅是简单地分配一块内存，而是一系列严谨且高效的底层操作。这整个过程可以分为五个核心步骤，每一步都至关重要。
1. 类加载检查
在真正创建对象之前，JVM会检查对应的类是否已经被加载、解析和初始化。这个检查是必要的，因为JVM需要确保类的元数据（如字段、方法等）已经准备就绪，以便为新对象分配正确的内存空间。这个过程由HotSpot JVM的 InterpreterRuntime::_new() 函数触发，它会检查类在方法区的元数据是否合法。
2. 内存分配
对象所需内存大小在类加载完成后便可确定。接下来，JVM需要从堆中分配一块大小合适的内存。这个过程并非简单的“找到一块空地”，而是根据堆内存是否规整而采用不同的策略。
- 指针碰撞（Pointer Bumping） ：当堆内存中的对象是紧凑排列时，JVM只需要移动一个指向空闲区域的指针来分配内存。这种方式简单高效，常用于带有**标记-整理（Mark-Compact）**算法的垃圾收集器，例如
Serial或ParNew。 - 空闲列表（Free List） ：如果堆内存碎片化严重，JVM会维护一个列表来记录所有可用的内存块。分配时，它会从列表中找到足够大的内存块，更新列表，并将这块内存分配给新对象。例如，
CMS收集器就使用这种方法。
为了解决多线程并发分配内存时可能产生的冲突（如多个线程同时向同一块内存区域分配），JVM引入了本地线程分配缓冲区（TLAB） 。每个线程在Java堆中预先分配一块私有的小内存区域，这样大部分对象创建都在各自的TLAB中完成，避免了同步开销，显著提升了分配效率。只有当TLAB用完时，才会回到共享堆上进行慢速分配。
3. 对象头（Object Header）初始化
内存分配完成后，JVM会立即填充新对象的对象头。对象头包含了关于这个对象的关键元数据，可以看作是对象的“身份证”和“户型图”。
- Mark Word：这是对象头的核心部分，通常在64位JVM中占用8字节。它用于存储对象的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄，以及最重要的锁状态信息（如偏向锁、轻量级锁、重量级锁标记）。不同的锁状态会改变Mark Word的内部结构。
- 类指针（Klass Pointer） ：这个指针指向方法区中该对象对应的类元数据（
Klass），JVM通过这个指针来确定对象的类型，从而知道如何访问它的字段和方法。在开启压缩指针的情况下，这个指针通常只占用4字节。
4. 实例数据初始化
对象头初始化完毕后，JVM会为对象的实例变量分配内存，并根据其数据类型将它们设置为零值（如 int 为0，boolean 为 false，引用类型为 null）。这个过程确保了即使在构造函数执行前，对象也处于一个可预期的状态。JVM还对字段的排列进行了优化，通常按照 long/double、int/float、short/char、boolean/byte、引用类型的顺序排列，以减少填充（Padding）并最大化利用内存。
5. <init> 方法执行
最后，JVM会执行对象的构造函数（<init> 方法）。这个步骤是程序员定义的，用于完成对实例变量的个性化赋值，例如为字段赋予初始值，或者执行其他复杂的初始化逻辑。
二、内存布局与访问定位
一个完整的Java对象在堆中的内存布局由三部分构成：对象头、实例数据和对齐填充。
1. 内存布局
- 对象头（Header） ：如前所述，包含 Mark Word 和 类指针。
- 实例数据（Instance Data） ：包括对象自身以及从父类继承的所有字段。为了保证内存利用率，JVM会按照一定的策略对这些字段进行排序。
- 对齐填充（Padding） ：由于JVM的内存管理通常以8字节（或更大）的倍数进行，为了确保对象的总大小是对齐的，JVM会在对象末尾自动添加填充字节。
2. 访问定位
在程序中，栈中的引用变量如何找到堆中的对象实例？主要有两种方式：
- 句柄访问（Handle Access） ：在Java堆中划分出一块专门的区域作为句柄池。栈中的引用变量存储句柄池的地址，而句柄池则存储着对象实例和类元数据各自的地址。这种方式的好处是，当对象因垃圾回收而移动时，只需要更新句柄池中的地址，栈中的引用保持不变。但缺点是多了一次指针寻址开销。
- 直接指针访问（Direct Pointer Access） ：这是HotSpot JVM所采用的方式。栈中的引用直接存储着对象在堆中的地址。对象头中包含了指向其类元数据的指针。这种方式减少了一次寻址操作，速度更快。尽管对象移动时需要更新所有指向它的栈引用，但HotSpot通过指针碰撞和
TLAB等优化手段，大大减少了对象移动的频率，使其成为更优的选择。
3. 压缩指针
在64位系统中，对象的指针通常占用8字节，这会极大地增加内存消耗。HotSpot JVM通过**压缩指针（Compressed Oops）**技术来解决这个问题。它将原本8字节的指针压缩为4字节，通过地址对齐（通常是8字节对齐），将指针的地址值右移3位来存储。这样，4字节的指针就可以寻址 232×8=32GB 的内存空间。这是一种在性能和内存消耗之间取得平衡的巧妙设计。
