2.3HotSpot虛擬機(jī)對(duì)象創(chuàng)建及內(nèi)存分配

2.3.1 對(duì)象的創(chuàng)建

  • new對(duì)象分配內(nèi)存

虛擬機(jī)遇到一條new指令時(shí)描睦,首先將去檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用,并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已被加載判哥、解析和初始化過(guò)。如果沒(méi)有碉考,那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過(guò)程塌计。

在類加載檢查通過(guò)后,接下來(lái)虛擬機(jī)將為新生對(duì)象分配內(nèi)存侯谁。對(duì)象所需內(nèi)存的大小在類 加載完成后便可完全確定锌仅,為對(duì)象分配空間的任務(wù)等同于把 一塊確定大小的內(nèi)存從Java堆中劃分出來(lái)章钾。

1、假設(shè)Java堆中內(nèi)存是絕對(duì)規(guī)整的热芹,所有用過(guò)的內(nèi) 存都放在一邊伍玖,空閑的內(nèi)存放在另一邊,中間放著一個(gè)指針作為分界點(diǎn)的指示器剿吻,那所分配 內(nèi)存就僅僅是把那個(gè)指針向空閑空間那邊挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離窍箍,這種分配方式稱 為“指針碰撞”(Bump the Pointer)。
2丽旅、如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的椰棘,已使用的內(nèi)存和空 閑的內(nèi)存相互交錯(cuò),那就沒(méi)有辦法簡(jiǎn)單地進(jìn)行指針碰撞了榄笙,虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個(gè)列表邪狞,記 錄上哪些內(nèi)存塊是可用的,在分配的時(shí)候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對(duì)象實(shí)例茅撞, 并更新列表上的記錄帆卓,這種分配方式稱為“空閑列表”(Free List)。

選擇哪種分配方式由 Java堆是否規(guī)整決定米丘,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 定剑令。因此,在使用Serial拄查、ParNew等帶Compact過(guò)程的收集器時(shí)吁津,系統(tǒng)采用的分配算法是指針 碰撞,而使用CMS這種基于Mark-Sweep算法的收集器時(shí)堕扶,通常采用空閑列表碍脏。

  • 保證內(nèi)存分配并發(fā)情況下同步
    • 一種是對(duì)分配內(nèi)存空間的動(dòng)作進(jìn)行同步處理 ——實(shí)際上虛擬機(jī)采用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性
    • 另一種是把內(nèi)存分配的動(dòng)作按照線程劃分在不同的空間之中進(jìn)行,即每個(gè)線程在Java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi) 存稍算,稱為本地線程分配緩沖(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)典尾。哪個(gè)線程要分配內(nèi) 存,就在哪個(gè)線程的TLAB上分配糊探,只有TLAB用完并分配新的TLAB時(shí)钾埂,才需要同步鎖定。 虛擬機(jī)是否使用TLAB侧到,可以通過(guò)-XX:+/-UseTLAB參數(shù)來(lái)設(shè)定勃教。

內(nèi)存區(qū)域劃分完成之后淤击,初始化該塊內(nèi)存匠抗。
除了對(duì)象頭,其他分配到的內(nèi)存空間促使華為0
對(duì)象頭保存:類的元數(shù)據(jù)信息污抬、對(duì)象的哈希碼汞贸、對(duì)象的GC分代年齡等信息

2.3.3 對(duì)象的內(nèi)存布局

在HotSpot虛擬機(jī)中绳军,對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局可以分為3塊區(qū)域:

  • 對(duì)象頭(Header)
    • 第一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù), 如哈希碼(HashCode)矢腻、GC分代年齡门驾、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖多柑、偏向線程ID奶是、偏向時(shí) 間戳
    • 另外一部分是類型指針,即對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針竣灌,虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指 針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例
  • 實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)
    • 實(shí)例數(shù)據(jù)部分是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息聂沙,也是在程序代碼中所定義的各種類 型的字段內(nèi)容。無(wú)論是從父類繼承下來(lái)的初嘹,還是在子類中定義的及汉,都需要記錄起來(lái)。這部分的存儲(chǔ)順序會(huì)受到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)(FieldsAllocationStyle)和字段在Java源碼中定義順序的影響屯烦。HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)的分配策略為longs/doubles坷随、ints、shorts/chars驻龟、 bytes/booleans温眉、oops(Ordinary Object Pointers),從分配策略中可以看出翁狐,相同寬度的字段總是被分配到一起芍殖。在滿足這個(gè)前提條件的情況下,在父類中定義的變量會(huì)出現(xiàn)在子類之前谴蔑。如果CompactFields參數(shù)值為true(默認(rèn)為true)豌骏,那么子類之中較窄的變量也可能會(huì)插入 到父類變量的空隙之中。
  • 對(duì)齊填充(Padding)
    • 并不是必然存在的隐锭,也沒(méi)有特別的含義窃躲,它僅僅起著占位符的作用

2.3.3 對(duì)象的訪問(wèn)定位

Java程序需要通過(guò)棧上的reference數(shù)據(jù)來(lái)操作堆上的 具體對(duì)象
引用應(yīng)該通過(guò)何種方式去定位、訪問(wèn)堆中的對(duì)象的具體位置钦睡,主流的訪問(wèn)方式有

  • 使用句柄
    Java堆中將會(huì)劃分出一塊內(nèi)存來(lái)作為句柄池蒂窒,reference中 存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址,而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息


    通過(guò)句柄訪問(wèn)對(duì)象
  • 直接指針
    果使用直接指針訪問(wèn)荞怒,那么Java堆對(duì)象的布局中就必須考慮如何放置訪問(wèn)類型數(shù)據(jù)的 相關(guān)信息洒琢,而reference中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址

通過(guò)直接指針訪問(wèn)對(duì)象
  • 兩種方式對(duì)比

使用句柄來(lái)訪問(wèn)的最大好處就是reference中存儲(chǔ)的是穩(wěn) 定的句柄地址,在對(duì)象被移動(dòng)(垃圾收集時(shí)移動(dòng)對(duì)象是非常普遍的行為)時(shí)只會(huì)改變句柄中 的實(shí)例數(shù)據(jù)指針褐桌,而reference本身不需要修改衰抑。

使用直接指針訪問(wèn)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(shí)間開(kāi)銷荧嵌, 由于對(duì)象的訪問(wèn)在Java中非常頻繁呛踊,因此這類開(kāi)銷積少成多后也是一項(xiàng)非忱剩可觀的執(zhí)行成 本。就本書(shū)討論的主要虛擬機(jī)Sun HotSpot而言谭网,它是使用第二種方式進(jìn)行對(duì)象訪問(wèn)的

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