Java虚拟机--对象的建立

傷城~ 2022-03-09 04:06 191阅读 0赞

# Java虚拟机–对象的建立 #

# 你的对象如何创建？ #

Java是一门面向对象的编程语言，在Java程序中，我们做的最多一件事，就是new对象，在程序运行过程中，无时无刻都有对象被创建出来。

在实际开发过程中，有很多行为可以引起对象的创建，最直接最常用的就是使用new关键字来进行创建，这种方式在Java规范中被称为:由执行类实例创建表达式而引起的对象创建。

那么，对于虚拟机来说，对象的创建会经历怎么样的过程呢？

## 内存分配 ##

上篇文章，笔者阐述了类加载的过程，本篇中我们来谈谈类的实际使用，也就是对象的创建阶段。

在Java程序中，类通常是用new的形式来使用。当虚拟机遇到了一条new指令时，会在常量池中检查该类的符号引用是否能存在，并检查该类否已经被加载、解析、初始化过。如果没有，则进行类加载操作，也就是我们上一篇文章所说的流程。

在类加载检查通过后，就会去Java虚拟机堆中分配内存。在堆中分配内存包含两种方式，分别为“指针碰撞”和“空闲列表”。

指针碰撞：Java虚拟机堆中内存规整，所有使用过的内存放在一块，未使用的放在另一块，在则两者之间使用指针作为分界点，当实际分配内存时候就移动该指针的位置，把指针向空闲的区域移动一段，移动的距离与所创建对象的大小相等，这种分配方式称之为“指针碰撞”。

空闲列表：实现上面的前提是Java虚拟机堆内存规整，而空闲列表的实现场景是内存不规整，已使用过的和未使用过的交替存在，当有对象要来分配时，无法通过移动指针形式来进行分配，此时虚拟机必须维护一个列表----记录哪块内存是可用、哪块是不可用，在分配的时候就来查询此列表，看哪块内存区域可用，找到后将此内存区域分配给对象实例，并更新列表记录，这就是“空闲列表”。

话说回来，到底使用哪种分配方式主要取决于Java虚拟机的垃圾回收器。当使用Serial、ParNew等带压缩功能的垃圾回收器时，使用的是指针碰撞；当使用CMS这种标记算法的垃圾回收器时，通常使用空闲列表。

看了上面的描述，你可以会产生一个疑问？并发情况下，如何保证数据的安全，总不能一块区域，被多次覆盖吧，那我的数据岂不是就丢了？会不会出现Java虚拟机正在给A对象分配内存，指针还没来得及修改，B对象又在相同位置做同样的指针移动呢？

在虚拟机的实现中，同样有2种方式来实现：

一种是使用CAS机制来实现分配操作，如果分配的时候失败，则一直重试。
    
    一种是TLAB，即把内存分配按照不同的线程划分在不同的Java虚拟机堆空间中进行，
    说简单点就是为每个线程预先在堆中分配一块内存空间，
    这样的空间我们称之为本地线程分配缓冲（TLAB），当有对象进行内存分配时，
    就在该对象所属的线程中进行分配，因为每一个线程的执行是同步的，所以不会出现并发修改的情况。

在对象内存分配完毕后，虚拟机将此内存区域置为零值，零值是什么，回看类加载阶段中的“准备”。这一步的目的是为了保证对象实例可以不被赋值即可使用。接下来，Java虚拟机还需要对对象的对象头进行一系列信息设置，对象头会单独列出一章进行说明。

经过上面的流程后，一个对象产生了，但这只是对Java虚拟机来说的。从程序员的角度来看，对象的创建才刚刚开始，构造方法还未执行，对象还没有进行初始化操作。

下面，就简单的说说对象的初始化。

## 对象的初始化 ##

在Java对象初始化过程中，主要涉及三种初始化，分别是实例变量初始化、实例代码块初始化以及构造函数初始化。

**实例变量初始化**

![img][]

image

我们在定义（声明）实例变量的同时，可以直接对实例变量进行赋值。这种方式为实例变量进行初始化，会在构造函数执行之前完成实例变量的初始化操作。

**实例代码块初始化**

![img][img 1]

image

从测试结果来看，当构造函数执行之前就会完成实例代码块的初始化操作。

但是，在通过查看编译后的.class文件时，我们发现示例代码块中的内容被编译到了构造函数中，所以说不存在谁先谁后。

![img][img 2]

lQo92vZ.png

需要注意的是，Java是按照编程顺序来执行实例变量初始化和实例代码块中的代码，不允许顺序靠前的实例代码块初始化在其后面定义的实例变量，比如：

![img][img 3]

image

**构造函数初始化**

众所周知，每一个Java对象都至少包含一个构造函数，如果我们没有显式声明，编译器会自动生成一个默认无参构造。在编译后的字节码中，构造函数会被命名成()方法。

Java要求在实例化类之前，必须先实例化其超类，以保证所创建实例的完整性。

Java强制要求除了Object之外，所有对象的构造函数必须首先调用超类的构造函数—super()，如果我们显式调用超类的构造函数，或者没有显式的声明构造，那么在编译期结束后，编译器都会为我们自动生成一个对超类构造函数的调用。

![img][img 4]

image

以上就是我们对象初始化的全过程。

对于一个对象来说，单纯的看new Object()是片面的，必须结合类加载和对象初始化两个流程来看。

在类加载过程中，准备阶段是为类变量(static成员变量)分配内存并设置类变量初始值（零值）的阶段，而初始化阶段是真正开始执行Java代码并初始化实例变量的过程。

说了这么多，不如举个例子，代码如下：

![img][img 5]

image

输出结果：

父类静态代码块,20
    子类静态代码块,10
    2
    0
    2

从测试结果来回顾上面所说的内容，在类初始化阶段，就会执行类中的静态部分，也就是类构造器；在后面的对象初始化中，首先对父类中的实例变量赋值，再对子类中的实例变量赋值。需要主义的是，如果父类在初始化阶段调用了子类的方法，此时子类是没有进行初始化的，那么在子类方法中如果有用到子类实例变量的，那么该实例变量还属于零值状态。

总的来说，类初始化的一般过程是：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。

[img]: /images/20220309/9045c3aef1674e8e912ccc8e0d3a9a0e.png
[img 1]: /images/20220309/f21d4112570f4747a9f6a456f3a29be4.png
[img 2]: /images/20220309/04449cbd7d6e4d2b923590aa88501172.png
[img 3]: /images/20220309/39cd4ae5172145bcb219a2671bce71a0.png
[img 4]: /images/20220309/e4a90a42b3474416b790ee97fa9dd9c4.png
[img 5]: /images/20220309/643ea616447a4560b6c57fd7206de55d.png