深入理解Java虛擬機 - HotSpot虛擬機對象探秘
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- 2018-05-04 15:16:40
虛擬機遇到一條new指令時,首先將去檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用,并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過。如果沒有,那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程,在類加載檢查通過后,接下來虛擬機將為新生對象分配內(nèi)存。
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虛擬機遇到一條new指令時,首先將去檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用,并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過。如果沒有,那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程,在類加載檢查通過后,接下來虛擬機將為新生對象分配內(nèi)存。
假設(shè)Java堆中內(nèi)存是絕對規(guī)整的,所有用過的內(nèi)存都放在一邊,空閑的內(nèi)存放在另一邊,中間放著一個指針作為分界點的指示器,那所分配內(nèi)存就僅僅是把那個指針向空閑
空間那邊挪動一段與對象大小相等的距離,這種分配方式稱
為“指針碰撞”(Bump the Pointer)。如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的,則使用“空閑列表(Free List)”的分配方式選擇哪種分配方式由Java堆是否規(guī)整決定,而Java堆是否規(guī)整又由所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。
但是內(nèi)存的分配是同步的,如果一個線程剛分配一個對象內(nèi)存,但是還沒有修改指針所指向的位置,那么另一個線程分配對象的時候可能就出錯了。解決方法有兩個,一是對分配內(nèi)存空間的動作進行同步處理(CAS方式)。另一種是把內(nèi)存分配的動作按照線程劃分在不同的空間進行,每個線程在
java堆中預(yù)分配一小塊內(nèi)存,稱為本地線程分配緩沖(TLAB)。只有TLAB用完并分配新的TLAB時,才需要同步。JVM是否開啟TLAB功能,可通過-XX:+/-UseTLAB參數(shù)來設(shè)定。
內(nèi)存分配完之后,初始化零值(不包括對象頭),如果使用TLAB,這一工作過程也可以提前至TLAB分配時進行。
接下來,JVM對對象進行必要的設(shè)置,例如這個對象是哪個類的實例、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對象的哈希碼、對象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對象的對象頭中,根據(jù)JVM當前運行狀態(tài)不同,如是否啟用偏向鎖等,對象頭會有不同的設(shè)置方式。
執(zhí)行完new指令后接著執(zhí)行方法,把對象按照程序員的意愿進行初始化,這樣一個對象就初始化完成了。
對象的內(nèi)存布局
對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為3塊區(qū)域:對象頭(Header)、實例數(shù)據(jù)(Instance Data)和對齊填充(Padding)。
HotSpot虛擬機的對象頭包括兩部分信息,第一部分用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)(哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等,這部分數(shù)據(jù)的存儲官方稱為Mark Word),另一部分是類型指針(即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針,JVM通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例)。
如果對象是一個Java數(shù)組,那在對象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)。
接下來的實例數(shù)據(jù)是對象真正存儲的有效信息,也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容,在父類中定義的變量會出現(xiàn)在子類之前,如果CompactFields參數(shù)值為true,那么子類中較窄的變量也可能會插入到父類變量的空隙之中。
第三部分對齊填充并不是必然存在的,也沒有特別的含義,它僅僅起著占位符的作用。不滿8個字節(jié)的時候占位。
對象的訪問定位
我們的Java程序需要通過棧上的Reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象。Reference訪問對象的方式目前主流的有兩種:句柄和直接指針。
如果直接使用句柄訪問,java堆中將會劃分出一塊內(nèi)存來作為句柄池,reference中存儲的是對象的句柄地址,而句柄中包含了對象數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。
如果使用直接指針訪問,那么java堆對象的布局中就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息,而reference中存儲的直接就是對象地址。
這兩種對象訪問方式各有優(yōu)勢,使用句柄來訪問的最大好處是reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址,在對象被移動時只會改變句柄中的實例數(shù)據(jù)指針,而reference本身不需要修改。
使用直接指針訪問方式的最大好處就是速度更快,它節(jié)省了一次指針定位的時間開銷。HotSpot虛擬機使用的是直接指針訪問的方式。句柄來訪問的情況也十分常見。