HotSpot虚拟机对象

柔情只为你懂 2021-09-24 01:04 319阅读 0赞

### HotSpot虚拟机对象 ###

*  对象的创建
 *  对象的内存布局
 *   *   *  1、对象头
         *  2、实例数据
         *  3、对齐填充
 *  对象的访问定位
 *   *   *  1、使用句柄访问
         *  2、 指针访问
         *  3、 对象访问区别

# 对象的创建 #

> 在语言层面上，对象创建通常仅仅是一个new关键字而已，而在虚拟机中，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，就必须执行相应的类加载过程。

在类加载检查通过后，虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，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。

**1. 指针碰撞**  
假设Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就是仅仅是把那个指针向空闲那边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。  
eg：使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器。

**2. 空闲列表**  
假设Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，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。  
eg：使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器。

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压缩整理功能决定。

**HotSpot解释器过程**

1.  确保常量池中存放的是已解释的类。
2.  确保是klassOop和instanceKlassOop。
3.  确保对象所属类型已经经过初始化阶段。
4.  取对象长度，记录是否需要将对象所有字段置零值。
5.  是否在中分配对象。

> 本地线程分配缓冲（TLAB）

# 对象的内存布局 #

在HotSpot虚拟机中，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）。

### 1、对象头 ###

对象头包括两部分信息：  
第一部分用于**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，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，官方称它为“Mark Word”。

Mark Word：![Mark Word][]  
对象头的另外一部分是**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哪个类的实例。

### 2、实例数据 ###

实例数据是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是否从父类集成还是子类中定义的，都需要记录下来。  
这部分的存储熟悉会受到虚拟机分配测量参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（Ordinary ObjectPointers），并且，相同宽度的字段总是被分配到一起。

### 3、对齐填充 ###

对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作。由于GotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，也就是对象的大小必须是9字节的整数。而对象头部分正好是8字节的倍数（1倍或者2倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

# 对象的访问定位 #

建立对象是为了使用对象，Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只规范了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定。  
目前主流的访问方式有使用**句柄和直接指针**两种。

### 1、使用句柄访问 ###

Java堆中将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的具体地址信息。  
![句柄访问对象][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x4dzk4MzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 2、 指针访问 ###

Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。  
![指针访问][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x4dzk4MzUyMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 3、 对象访问区别 ###

使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，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本身不需要修改。  
使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。

[Mark Word]: /images/20210923/170e1529853c4ae2acffd57bfab6f565.png
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