1.概述
在上篇文章中，我們介紹了Java虛擬機(jī)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)模型，大致了解了虛擬機(jī)內(nèi)存的情況，接下來我們將了解在虛擬機(jī)中對象是如何創(chuàng)建、如何布局以及如何訪問的。

2.對象的創(chuàng)建
Java是一門面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，在Java程序運(yùn)行過程中無時(shí)無刻都有對象被創(chuàng)建出來。在語言層面上，創(chuàng)建對象（例如克隆、反序列化）通常僅僅是一個(gè)new關(guān)鍵字而已，而在虛擬機(jī)中，對象（文中討論的對象僅限于普通Java對象，不包括數(shù)組和Class對象等）的創(chuàng)建又是一個(gè)怎樣的過程呢？
（1）虛擬機(jī)遇到一條new指令時(shí)，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)類的符號引用，并且檢查這個(gè)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。
（2）在類加載檢查通過后，接下來虛擬機(jī)將為新生對象分配內(nèi)存，對象所需內(nèi)存的大小在類加載完成后便可完全確定，為對象分配內(nèi)存空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從Java堆中劃分出來。
Java虛擬機(jī)為新生對象分配內(nèi)存的方式有如下兩種：一是指針碰撞（Bump the Pointer）分配方式，即假設(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(gè)指針作為分界點(diǎn)的指示器，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一段與對象大小相等的距離。二是空閑列表（Free List）分配方式，即如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的，已使用的內(nèi)存和空閑的內(nèi)存相互交錯(cuò)，那就沒有辦法簡單地進(jìn)行指針碰撞了，虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個(gè)列表，記錄哪些內(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象實(shí)例，并更新列表上的記錄。選擇哪種分配方式由Java堆是否規(guī)整決定，而Java對是否規(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的。因此，在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時(shí)，系統(tǒng)采用的分配方法是指針碰撞，而使用CMS這種基于Mark-Sweep算法的收集器時(shí)，通常采用空閑列表。
除了如何劃分可用空間之外，還有另外一個(gè)需要考慮的問題是對象創(chuàng)建在虛擬機(jī)中是非常頻繁的行為，即使是僅僅修改一個(gè)指針?biāo)赶虻奈恢?，在并發(fā)情況下也并不是線程安全的，可能出現(xiàn)正在給對象A分配內(nèi)存，指針還沒來得及修改，對象B又同時(shí)使用了原來的指針來分配內(nèi)存的情況。解決這個(gè)問題有兩種方案，一種是對分配內(nèi)存空間的動作進(jìn)行同步處理，實(shí)際上虛擬機(jī)采用CAS加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，稱為本地線程分配緩沖（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。哪個(gè)線程要分配內(nèi)存，就在哪個(gè)線程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB時(shí)，才需要同步鎖定。虛擬機(jī)是否使用TLAB，可以通過-XX:+/-UseTLAB參數(shù)來設(shè)定。
（3）內(nèi)存分配完成之后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值（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(shí)進(jìn)行。這一步操作保證了對象的實(shí)例字段在Java代碼中可以不賦初始值就直接使用，程序能訪問到這些字段的數(shù)據(jù)類型所對應(yīng)的零值。
（4）接下來，虛擬機(jī)要對對象進(jìn)行必要的設(shè)置，例如這個(gè)對象是哪個(gè)類的實(shí)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（Object Header）之中。根據(jù)虛擬機(jī)當(dāng)前的運(yùn)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。
（5）在上面的工作都完成之后，從虛擬機(jī)的視角來看，一個(gè)新的對象已經(jīng)產(chǎn)生了，但從Java程序的視角來看，對象創(chuàng)建才剛剛開始，<init>方法還沒有執(zhí)行，所有的字段都還為零。所以，一般來說（由字節(jié)碼中是否跟隨invokespecial指令所決定），執(zhí)行new指令之后會接著執(zhí)行<init>方法，把對象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化，這樣一個(gè)真正可用的對象才算完全產(chǎn)生出來。

3.對象的內(nèi)存布局
在HotSpot虛擬機(jī)中，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(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對齊填充（Padding）。

Java對象內(nèi)存結(jié)構(gòu).png

從上面的這張圖里面可以看出，Java對象在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)主要包含以下幾個(gè)部分：

• MaskWord：用于存儲對象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時(shí)間戳等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在32位和64位的虛擬機(jī)（未開啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit。

  
  
  HotSpot虛擬機(jī)對象頭.png

synchronized鎖狀態(tài)升級.png

• Class類型指針：即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定這個(gè)對象是哪個(gè)類的實(shí)例。注意，如果對象是一個(gè)Java數(shù)組，那么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)，因?yàn)樘摂M機(jī)可以通過普通Java對象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對象的大小，但是從數(shù)組的元數(shù)據(jù)中卻無法確定數(shù)組的大小。
• 實(shí)例數(shù)據(jù)：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。無論是從父類繼承下來的，還是在子類中定義的，都需要記錄起來。HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)的分配策略為long/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops，從分配策略中可以看出，相同寬度的字段總是被分配在一起（等寬分配策略）。
• 對齊填充：無實(shí)際意義，僅僅起占位符作用。

4.對象的訪問定位
創(chuàng)建對象是為了使用對象，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。由于reference類型在Java虛擬機(jī)規(guī)范中只規(guī)定了一個(gè)指向?qū)ο蟮囊茫]有定義這個(gè)引用應(yīng)該通過何種方式去定位、訪問堆中的對象的具體位置，所以對象訪問方式也是取決于虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)而定。目前主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種。

• 通過句柄訪問對象
  如果使用局并訪問的話，那么Java堆中將會劃出一塊內(nèi)存來作句柄池，reference中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。

通過句柄訪問對象.png

• 通過直接指針訪問對象
  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。

通過直接指針訪問對象.png

比較：使用句柄來訪問的最大好處就是reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址，在對象被移動時(shí)只會改變句柄中的實(shí)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，節(jié)省了一次指針定位的時(shí)間開銷。