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标题: 【上海校区】JVM系列(三) - JVM对象探秘 [打印本页]

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作者: 不二晨    时间: 2018-7-23 09:59
标题: 【上海校区】JVM系列(三) - JVM对象探秘
前言对于 JVM 运行时区域有了一定了解以后，本文将更进一步介绍虚拟机内存中的数据的细节信息。以JVM虚拟机(Hotspot)的内存区域Java堆为例，探讨Java堆是如何创建对象、如何布局对象以及如何访问对象的。
正文(一). 对象的创建说到对象的创建，首先让我们看看 Java 中提供的几种对象创建方式：
Header解释
使用new关键字调用了构造函数
使用Class的newInstance方法调用了构造函数
使用Constructor类的newInstance方法调用了构造函数
使用clone方法没有调用构造函数
使用反序列化没有调用构造函数下面举例说明五种方式的具体操作方式：
Employee.java
public class Employee implements Cloneable, Serializable {    private static final long serialVersionUID = 1L;    private String name;    public Employee() {}    public Employee(String name) {        this.name = name;    }    public String getName() {        return name;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    @Override    public int hashCode() {        final int prime = 31;        int result = 1;        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());        return result;    }    @Override    public boolean equals(Object obj) {        if (this == obj)            return true;        if (obj == null)            return false;        if (getClass() != obj.getClass())            return false;        Employee other = (Employee) obj;        if (name == null) {            if (other.name != null)                return false;        } else if (!name.equals(other.name))            return false;        return true;    }    @Override    public String toString() {        return "Employee [name=" + name + "]";    }    @Override    public Object clone() {        Object obj = null;        try {            obj = super.clone();        } catch (CloneNotSupportedException e) {            e.printStackTrace();        }        return obj;    }}复制代码1. new关键字这是最常见也是最简单的创建对象的方式了。通过这种方式，我们可以调用任意的构造函数(无参的和带参数的)。
Employee emp1 = new Employee();复制代码Employee emp1 = new Employee(name);复制代码2. Class类的newInstance方法我们也可以使用Class类的newInstance方法创建对象。这个newInstance方法调用无参的构造函数创建对象。

• 方式一：
  

Employee emp2 = (Employee) Class.forName("org.ostenant.jvm.instance.Employee").newInstance();复制代码

• 方式二：
  

Employee emp2 = Employee.class.newInstance();复制代码3. Constructor类的newInstance方法和Class类的newInstance方法很像， java.lang.reflect.Constructor类里也有一个newInstance方法可以创建对象。我们可以通过这个newInstance方法调用有参数的和私有的构造函数。其中，Constructor可以从对应的Class类中获得。
Constructor<Employee> constructor = Employee.class.getConstructor();Employee emp3 = constructor.newInstance();复制代码

这两种newInstance方法就是大家所说的反射。事实上Class的newInstance方法内部调用Constructor的newInstance方法。

4. Clone方法无论何时我们调用一个对象的clone方法，JVM都会创建一个新的对象，将前面对象的内容全部拷贝进去。用clone方法创建对象并不会调用任何构造函数。
为了使用clone方法，我们需要先实现Cloneable接口并实现其定义的clone方法。
Employee emp4 = (Employee) emp3.clone();复制代码5. 反序列化当我们序列化和反序列化一个对象，JVM会给我们创建一个单独的对象。在反序列化时，JVM创建对象并不会调用任何构造函数。
为了反序列化一个对象，我们需要让我们的类实现Serializable接口。
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out);oos.writeObject(emp4);ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream(oos.toByteArray());ObjectInputStream ois =new ObjectInputStream(in);Employee emp5 = (Employee) in.readObject();复制代码

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本文以new关键字为例，讲述JVM堆中对象实例的创建过程如下：

• 当虚拟机遇到一条new指令时，首先会检查这个指令的参数能否在常量池中定位一个符号引用。然后检查这个符号引用的类字节码对象是否加载、解析和初始化。如果没有，将执行对应的类加载过程。
  
• 类加载 完成以后，虚拟机将会为新生对象分配内存区域，对象所需内存空间大小在类加载完成后就已确定。
  
• 内存分配 完成以后，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值。
  
• 虚拟机对对象进行一系列的设置，如所属类的元信息、对象的哈希码、对象GC分带年龄 、线程持有的锁 、偏向线程ID 等信息。这些信息存储在对象头 (Object Header)。
  
  

上述工作完成以后，从虚拟机的角度来说，一个新的对象已经产生了。然而，从Java程序的角度来说，对象创建才刚开始。

## (二). 对象的布局HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
对象头在HotSpot虚拟机中，对象头有两部分信息组成：运行时数据 和 类型指针。
1. 运行时数据用于存储对象自身运行时的数据，如哈希码（hashCode）、GC分带年龄、线程持有的锁、偏向线程ID 等信息。
这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机（暂不考虑开启压缩指针的场景）中分别为32个和64个Bit，官方称它为 “Mark Word”。

在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32个Bit空间中的25Bit用于存储对象哈希码（HashCode），4Bit用于存储对象分代年龄，2Bits用于存储锁标志位，1Bit固定为0。

在其他状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象的存储内容如下表所示：
存储内容标志位状态
对象哈希码、对象分代年龄01未锁定
指向锁记录的指针00轻量级锁定
指向重量级锁的指针10膨胀（重量级锁定）
空，不需要记录信息11GC标记
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄01可偏向2. 类型指针指向实例对象的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
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。
实例数据实例数据 部分是对象真正存储的有效信息，无论是从父类继承下来的还是该类自身的，都需要记录下来，而这部分的存储顺序受虚拟机的分配策略和定义的顺序的影响。
默认分配策略：

long/double -> int/float -> short/char -> byte/boolean -> reference

如果设置了-XX:FieldsAllocationStyle=0（默认是1），那么引用类型数据就会优先分配存储空间：

reference -> long/double -> int/float -> short/char -> byte/boolean

结论：

分配策略总是按照字节大小由大到小的顺序排列，相同字节大小的放在一起。

对齐填充HotSpot虚拟机要求每个对象的起始地址必须是8字节的整数倍，也就是对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的倍数（32位为1倍，64位为2倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐的时候，就需要通过对齐填充来补全。
(三). 对象的访问定位Java程序需要通过 JVM 栈上的引用访问堆中的具体对象。对象的访问方式取决于 JVM 虚拟机的实现。目前主流的访问方式有 句柄 和 直接指针 两种方式。

指针： 指向对象，代表一个对象在内存中的起始地址。句柄： 可以理解为指向指针的指针，维护着对象的指针。句柄不直接指向对象，而是指向对象的指针（句柄不发生变化，指向固定内存地址），再由对象的指针指向对象的真实内存地址。

1. 句柄Java堆中划分出一块内存来作为句柄池，引用中存储对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与对象类型数据各自的具体地址信息，具体构造如下图所示：


优势：引用中存储的是稳定的句柄地址，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，而引用本身不需要修改。
2. 直接指针如果使用直接指针访问，引用 中存储的直接就是对象地址，那么Java堆对象内部的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息。


优势：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是非常可观的执行成本。


作者：零壹技术栈
链接：https://juejin.im/post/5b4dea2c6fb9a04fbb1118f9

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作者: 摩西摩西OvO    时间: 2018-7-23 13:31

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作者: 不二晨    时间: 2018-7-23 13:48
奈斯，优秀

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作者: 摩西摩西OvO    时间: 2018-7-26 09:11

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作者: 吴琼老师    时间: 2018-7-26 15:33

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