Java对象创建的过程及对象的内存布局与访问定位

这里以HotSpot为例，且所说的对象指普通的Java对象，不包括数组和Class对象等。

1、对象创建的过程

　　1、类加载、解析、初始化：虚拟机遇到new时先检查此指令的参数是否能在常量池中找到类的符号引用，并检查符号引用代表的类是否被加载、解析、初始化，若没有则先进行类加载。

　　2、对象内存分配：类加载检查通过后，虚拟机为新生对象分配内存，对象所需内存大小在类加载完成后便可完全确定。分配内存的任务等同于从堆中分出一块确定大小的内存。（具体分配策略见：JVM内存分配策略-MarchOn）

　　　　根据内存是否规整（即用的放一边，空闲的放另一边，是否如此与所使用的垃圾收集器是否带有压缩整理Compact功能有关），分配方式分为指针碰撞（Serial、ParNe等收集器）和空闲列表（CMS收集器等）两种

　　　　并发控制：可能多个对象同时从堆中分配内存因此需要同步，两种解决方案：虚拟机用CAS配上失败重试保证原子操作；把内存分配动作按线程划分在不同空间中进行，即每个线程预先分配一块线程本地缓冲区TLAB，各线程在各自TLAB为各自对象分配内存。

　　3、对象的初始化：对象头和对象实例数据的初始化

2、对象的内存布局

布局：

1. 对象头：标记字（32位虚拟机4B，64位虚拟机8B） + 类型指针（32位虚拟机4B，64位虚拟机8B）+ [数组长（对于数组对象才需要此部分信息）]
2. 实例数据
3. 对齐填充：对于64位虚拟机来说，对象大小必须是8B的整数倍，不够的话需要占位填充

• 对象头用于存储对象的元数据信息：
  • Mark Word 部分数据的长度在32位和64位虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，存储对象自身的运行时数据如哈希值等。Mark Word一般被设计为非固定的数据结构，以便存储更多的数据信息和复用自己的存储空间。
  • 类型指针 指向它的类元数据的指针，用于判断对象属于哪个类的实例。
• 实例数据存储的是真正有效数据，如各种字段内容，各字段的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/boolean、oops(ordinary object pointers)，相同宽度的字段总是被分配到一起，便于之后取数据。父类定义的变量会出现在子类定义的变量的前面。
• 对齐填充部分仅仅起到占位符的作用，并非必须。

示例（以HashMap<Long,Long>为例）：

其只有Key和Value是有效数据，共2*8B=16B，包装成Long对象后分别具有了8B标记字和8B的类型指针，共24B*2=48B；两个对象组成Map.Entry后多了16B对象头、一个8B的next字段、4B的int类型的hash字段，还必须添加4B的空白填充。共32B；最后还有对HashMap中对此Entry的8B的引用。所以空间利用率为 16B / (48B+32B+8B) ≈ 18%

32位虚拟机 VS 64位虚拟机：

由于指针膨胀和各种数据类型对齐补白的原因，运行于64位系统上的Java应用需要消耗更多的内存（通常比32位的增加10%~30%的内存开销） ；此外，64位虚拟机的运行速度比32位的大约有15%左右的性能差距。

不过，64位虚拟机也有它的优势：首先能管理更多的内存，32位最多4GB，实际上还受OS允许进程最大内存的限制（Windows下2GB）；其次，随着硬件技术的发展，计算机终究会完全过渡到64位，虚拟机也将过渡到64位。

3、对象的访问定位

对象的访问定位也取决于具体的虚拟机实现。当我们在堆上创建一个对象实例后，就要通过虚拟机栈中的reference类型数据来操作堆上的对象。现在主流的访问方式有两种（HotSpot虚拟机采用的是第二种）：

1. 使用句柄访问对象。即reference中存储的是对象句柄的地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据的具体地址信息，相当于二级指针。
2. 直接指针访问对象。即reference中存储的就是对象地址，相当于一级指针。

　　两种方式有各自的优缺点。当垃圾回收移动对象时，对于方式一而言，reference中存储的地址是稳定的地址，不需要修改，仅需要修改对象句柄的地址；而对于方式二，则需要修改reference中存储的地址。从访问效率上看，方式二优于方式一，因为方式二只进行了一次指针定位，节省了时间开销，而这也是HotSpot采用的实现方式。下图是句柄访问与指针访问的示意图。