深入理解java虚拟机第三版读书笔记03

深入理解java虚拟机第三版读书笔记02

HotSpot虚拟机对象探秘

对象的创建

  1. 当Java虚拟机遇到一条字节码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,那必须先执行相应的类加载过程
  2. 类加载检查通过后,为新生对象分配内存。有两种方法:

    • 假设Java堆中内存是绝对规整的,所有被使用过的内存都被放在一边,空闲的内存被放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间方向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”
    • 如果Java堆中的内存并不是规整的,已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起,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”
  3. 同步问题:仅仅修改一个指针所指向的位置,在并发情况下也并不是线程安全的,可能出现正在给对象A分配内存,指针还没来得及修改,对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。
    解决方法:
    • 对分配内存空间的动作进行同步处理(实际上虚拟机是采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性)
    • 把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行,即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(TLAB),是否启用TLAB可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。
  4. 将分配到的内存空间(但不包括对象头)都初始化为零值
  5. 对对象进行必要的设置,例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码(实际上对象的哈希码会延后到真正调用Object::hashCode()方法时才计算)、对象的GC分代年龄等信息。
  6. 执行 ()方法(构造函数)

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机里,对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。

对象头

Markword: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32个比特和64个比特。

markword

类型指针,即对象指向它的类型元数据的指针,Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针,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32个比特和64个比特,如果开启指针压缩,可以在64位机上也变成32比特。

开启指针压缩:-XX:+UseCompressedOops

kclass

数组长度: 如果对象是一个Java数组,那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据,这部分数据的长度是32比特。

实例数据

对象真正存储的有效信息,即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容,无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的字段都必须记录起来。

实例数据

这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数(-XX:FieldsAllocationStyle参数)和字段在Java源码中定义顺序的影响。

对齐填充

由于HotSpot虚拟机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,因此如果对象实例数据部分没有对齐的话,就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问定位

Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象
对象访问方式是由虚拟机实现而定的,主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种:

  • 句柄访问:可能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具体的地址信息,其结构如图所示:

深入理解java虚拟机第三版读书笔记03

好处:好处就是reference中存储的是稳定句柄地址,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本身不需要被修改。

  • 直接指针访问:Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,reference中存储的直接就是对象地址,如果只是访问对象本身的话,就不需要多一次间接访问的开销,如图所示:

深入理解java虚拟机第三版读书笔记03

好处:速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销,由于对象访问在Java中非常频繁,因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本,HotSpot是使用的这种方式。

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