JAVA虚拟机之对象存储细节(2)

女爷i 2023-02-16 01:46 8阅读 0赞

# HotSpot虚拟机对象机制分析 #

以HotSpot JVM和常用的java heap为例，讨论对象分配、布局、访问的全过程.

## 对象的创建 ##

1.  虚拟机遇到new时，检这个指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个类是否被加载、解析、初始化过，若没有，则加载这个类。
2.  类加载检查通过后，确定所需内存大小，将这块内存从JAVA堆中划分出来。这里有两种划分方法:指针碰撞（Bump the Pointer) 、空闲列表（Free List）。选择哪种分配方式是根据java堆是否规整来确定的。而是否规整又决定了所采用的GC是否带有压缩整理功能。（这部分的内容就像是操作系统的内存管理，固定大小或动态分配，动态分配的话就设计到内存碎片的压缩。）
    
     *  指针碰撞 若java堆中的内存是绝对规整的（内存块大小都相同），那么把指针移动与对象大小相同的距离即可实现内存分配。
     *  空闲列表 java堆中的内存不是规整的，虚拟机要自己维护一个列表来记录哪块内存是可用的，分配时需要找到可用大小的内存块并更新列表。
3.  对象创建的频繁性也是需要考虑的内容，即便是修改指针指向位置，在并行情况下也不是线程安全的，可能出现正在个对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又使用了原来的指针来分配内存的情况。解决方案有两种：
    
     *  CAS配上失败重试的方法保证更新的原子性
     *  把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中进行。即每个线程预先分配一小块内存，称为TLAB，哪个线程分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并重新分配新的TLAB时，才需要同步锁定。
4.  分配完成后需要初始化内存空间为零值。
5.  再接下来，JVM对对象进行必要设置，例如对象是哪个类的实例、如何找到元数据信息、对象哈希码、GC分代年龄等信息，这些信息存在对象头（Object header）中。
6.  以上步骤后，虚拟机层面对象已经创建，但是JAVA层面方法还没执行，所有字段还都是0。接下来执行方法

## 对象的内存布局 ##

在HotSpotJVM中，存储对象的布局可以分为三块区域：对象头（Header），对象示例数据（Instance Data）和对象填充（Padding）。

*  对象头  
    对象头分两部分：
    
     *  一部分存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳。这部分只占32bit或者64bit。
     *  另一部分是类型指针，即对象指向它类元数据的指针。虚拟机通过这个指针确定这个类是哪个类的实例。（但并不是所有的虚拟机实现都要在对象数据上保存类型指针，查找对象元数据信息不一定经过对象本身），如果对象是数组，那么对象还需要记录数组长度。
 *  实例数据  
    实例数据就是各种字段内容。
 *  对齐填充（无特殊作用，相当于占位符）

## 对象的访问定位 ##

JAVA程序通过栈啥上的reference数据来操作堆上的具体对象。主要有两种访问方式：

*  使用句柄（handle）访问  
    （PS：句柄是什么：https://blog.csdn.net/zwz2011  
    303359/article/details/69943503）  
    JAVA堆中划分出一块内存作为句柄池。
 *  使用直接指针访问

## 两种方式的对比 ##

*  句柄访问的优势是reference中存储的是稳定的句柄地址，对象被移动时，只改变句柄中的实例地址，reference不需要修改。
 *  直接访问速度快，节省了一次指针定位的开销，由于对象访问非常频繁，直接访问能明显降低执行成本。就Sun公司的JVM来说，它是以第二种方式来访问的，但就业界而言，使用句柄访问的情况也很常见。