Java对象与JVM（一） Java对象在Java虚拟机中的创建过程

末蓝、 2022-03-10 12:22 218阅读 0赞

**Java对象与JVM（一）**

**Java对象在Java虚拟机中的创建过程**

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>        在《[Java内存区域 JVM运行时数据区][Java_ JVM]》文章了解到Java中几乎所有的实例对象存储在Java堆内存中。
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>        下面我们详细了解Java程序中new一个普通对象时，HotSpot虚拟机是怎么样创建这个对象的，包括5个步骤：相应类加载检查过程、在Java堆中为对象分配内存、分配后内存初始化为零、对对象进行必要的设置、以及执行对象实例方法<init>，最后我们再从JVM指令角度来解释下Java对象创建。

## **1、相应类加载检查过程** ##

>        通过《[JVM字节码指令及反编译分析][JVM]》可以知道：Java程序中的“new”操作会转换为Class文件中方法的“new”字节码指令。
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> **       JVM（本文特指HotSpot）**遇到new指令时，先检查指令参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用：
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> >        （A）、如果能定位到，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；
> > 
> >        （B）、如果不能定位到，或没有检查到，就先执行相应的类加载过程；

## **2、为对象分配内存** ##

>       对象所需内存的大小在类加载完成后便完全确定（JVM可以通过普通Java对象的类元数据信息确定对象大小）；
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>       为对象分配内存相当于把一块确定大小的内存从Java堆里划分出来；
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> **（A）、分配方式：**

> > **（I）、指针碰撞**
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> >       如果Java堆是绝对规整的：一边是用过的内存，一边是空闲的内存，中间一个指针作为边界指示器；
> > 
> >       分配内存只需向空闲那边移动指针，这种分配方式称为"指针碰撞"（Bump the Pointer）；
> > 
> > **（II）、空闲列表**
> > 
> >       如果Java堆不是规整的：用过的和空闲的内存相互交错；
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> >       需要维护一个列表，记录哪些内存可用；
> > 
> >       分配内存时查表找到一个足够大的内存，并更新列表，这种分配方式称为"空闲列表"（Free List）；
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>       Java堆是否规整由JVM采用的垃圾收集器是否带有压缩功能决定的；
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>       所以，使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，JVM采用指针碰撞方式分配内存；而使用CMS这种基于标记-清除（Mark-Sweep）算法的收集器时，采用空闲列表方式；
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> **      后面再介绍垃圾收集算法和垃圾收集器，了解垃圾收集时应注意这里的内容；**

> **（B）、线程安全问题**
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>       并发时，上面两种方式分配内存的操作都不是线程安全的，有两种解决方案：

> > **（I）、同步处理**
> > 
> >       对分配内存的动作进行同步处理：
> > 
> >       JVM采用CAS（Compare and Swap）机制加上失败重试的方式，保证更新操作的原子性；
> > 
> >       CAS：有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做；
> > 
> > **（II）、本地线程分配缓冲区**
> > 
> >       把分配内存的动作按照线程划分在不同的空间中进行：
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> >       在每个线程在Java堆预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）；
> > 
> >       哪个线程需要分配内存就从哪个线程的TLAB上分配；
> > 
> >       只有TLAB用完需要分配新的TLAB时，才需要同步处理；
> > 
> > **JVM通过"-XX：+/-UseTLAB"指定是否使用TLAB；**

## **3、对象内存初始化为零** ##

>       对象内存初始化为零，但不包括对象头；
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>       如果使用TLAB，提前至分配TLAB时；
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>       这保证了程序中对象（及实例变量）不显式初始赋零值，程序也能访问到零值；

## **4、对象内存初始化为零** ##

>       主要设置对象头信息，包括类元数据引用、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等（详见下节）；

## **5、执行对象实例方法<init>** ##

>       该方法把对象（实例变量）按照程序中定义的初始赋值进行初始化；
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>         
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>       通常，经过上面5步对象才完全new出来。
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>       另外，还可以参考HotSpot虚拟机源码中的"bytecodeInterpreter.cpp"文件，这个文件有表示解释器处理"new"指令基本类似上面的5个过程。

## **6、Java对象创建的JVM指令** ##

>       通过前面一些文章，我们还可以从JVM指令的角度来看对象的创建过程：

![20161229072742199][]

> **（A）、new指令**
> 
>       "new"指令有一个类符号引用的常量，JVM解析该常量也就对应步骤1"相应类加载检查过程"；
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>       "new"指令执行完毕后，**一个代表（指向）该对象实例内存数据的reference类型变量数据将压入到操作数栈中**；
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> **（B）、dup指令**
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>       接着会执行"dup"指令**复制该reference数据**，这时操作数栈栈顶就有**两个指向该对象实例内存的reference数据**；（如果<init>方法有参数，还需要把**参数加载到操作栈**）
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> **（C）、invokespecial指令**
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>       再执行"invokespecial"指令**调用对象实例方法<init>**，这时操作数栈最上面的一个reference数据会出栈（如果有参数，包括方法参数）；
> 
>       然后在Java虚拟机栈中创建<init>方法的栈帧，把**出栈的reference数据（和参数）放入该栈帧的局部变量表**中，该reference数据在方法中也就是**"this"，表示对该对象实例进行的操作**；
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>       当然这些参数的数值、数据类型和顺序都必须遵循实例方法的描述符中的描述；
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>       另外，操作数栈中还有一个对象**reference数据一般被“astore”到局部变量表或保存到字段变量，给后面访问对象使用。**  
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> **      到这里，我们大体了解Java对象在HotSpot虚拟机中的创建过程， 后面我们将分别去了解：对象的内存布局、对象的访问定位、方法的调用与执行、JIT编译、以及JVM垃圾收集相关内容……**

【参考资料】

1、《The Java Virtual Machine Specification》Java SE 8 Edition：[https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html][https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_index.html]

2、《Java Platform, Standard Edition HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide》：[http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/index.html][http_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_index.html]

3、《Memory Management in the Java HotSpot™ Virtual Machine》：[http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf][http_www.oracle.com_technetwork_java_javase_tech_memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf]

4、HotSpot虚拟机参数官方说明：[http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html][http_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_tools_unix_java.html]

5、[《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》][Java_JVM]第二版 第2章

6、[Java内存区域 JVM运行时数据区][Java_ JVM]

[Java_ JVM]: http://blog.csdn.net/tjiyu/article/details/53915869
[JVM]: http://blog.csdn.net/tjiyu/article/details/53889677
[20161229072742199]: /images/20220310/025842a19c494315abaa9c2d9f26eec5.png
[https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_index.html]: https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html
[http_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_index.html]: http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/index.html
[http_www.oracle.com_technetwork_java_javase_tech_memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf]: http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf
[http_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_tools_unix_java.html]: http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html
[Java_JVM]: https://www.baidu.com/s?wd=%E3%80%8A%E6%B7%B1%E5%85%A5%E7%90%86%E8%A7%A3Java%E8%99%9A%E6%8B%9F%E6%9C%BA%EF%BC%9AJVM%E9%AB%98%E7%BA%A7%E7%89%B9%E6%80%A7%E4%B8%8E%E6%9C%80%E4%BD%B3%E5%AE%9E%E8%B7%B5%E3%80%8B&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd