JVM系列整體欄目

一，對(duì)象實(shí)例化、內(nèi)存布局和訪問定位

1，對(duì)象的實(shí)例化

創(chuàng)建對(duì)象的方式和創(chuàng)建對(duì)象的步驟主要有以下幾種方式

1.1，創(chuàng)建對(duì)象的幾種方式

在日常開發(fā)中，創(chuàng)建對(duì)象的方式主要有以下幾種：

• 最常見的方式：new 加構(gòu)造器，如果構(gòu)造器私有，可以通過靜態(tài)訪問，如單例模式，或者通過工廠加載

//new 構(gòu)造器 創(chuàng)建對(duì)象
Object object = new Object();
//構(gòu)造器靜態(tài)私有，如典型的單例模式
Object object = Object.getObject()；
//工廠加載，SpringBean，SqlSessionBean
Object object = ObjectFactory.getObject();

• 反射的方式：類的newInstance或者構(gòu)造器的newInstance·

public class Invoke {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> clazz1 = Class.forName("com.tky.jvm.Invoke");
            //通過類構(gòu)造器獲取對(duì)象
            Constructor<?> constructor = clazz1.getConstructor();
            Invoke invoke1 = (Invoke)constructor.newInstance();
            //通過類名獲取
            Class<Invoke> clazz2 = Invoke.class;
            Invoke invoke2 = clazz2.newInstance();
            //通過對(duì)象獲取
            Invoke in = new Invoke();
            Class<? extends Invoke> clazz3 = in.getClass();
            Invoke invoke3 = clazz3.newInstance();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• 克隆的方式：clone的方式，不調(diào)用任何構(gòu)造器，當(dāng)前類需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口以及clone方法

/**
 * @author zhenghuisheng
 * @date : 2023/4/10
 */
@Data
public class Clone implements Cloneable {
    private Long id;
    private String username;
    private String password;

    @Override
    protected Clone clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Clone)super.clone();
    }
}

class TestClone{
    public static void main(String[] args) {
        Clone clone1 = new Clone();
        clone1.setId(1L);
        clone1.setUsername("zhenghuisheng");
        clone1.setUsername("123456");
        try {
            Clone clone2 = clone1.clone();
            System.out.println(clone2.getId());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• 反序列化的方式：從文件或者網(wǎng)絡(luò)中獲取二進(jìn)制流，將二進(jìn)制流轉(zhuǎn)換成對(duì)象

//對(duì)象序列化
Student s = new Student("1","zhenghuisheng","18");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("d:/a.txt"));
objectOutputStream.writeObject(s);
objectOutputStream.close();

//對(duì)象反序列化
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("d:/a.txt"));
Student student = (Student) inputStream.readObject();

• 第三方庫(kù)Objenesis

//構(gòu)建 Objenesis 對(duì)象  Objenesis需要對(duì)應(yīng)的pom依賴對(duì)象
Objenesis objenesis = new ObjenesisStd();
ObjectInstantiator<Student> instantiator = objenesis.getInstantiatorOf(Student.class);
Student student = instantiator.newInstance();

1.2，對(duì)象創(chuàng)建的步驟

這里主要從執(zhí)行的角度來分析這個(gè)對(duì)象創(chuàng)建的步驟，如上圖所示，主要分為六個(gè)步驟來創(chuàng)建對(duì)象

1.2.1，判斷對(duì)象對(duì)應(yīng)的類是否加載，驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析和初始化

虛擬機(jī)在遇到一條new指令的時(shí)候，首先會(huì)去檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在元空間的常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)，并且檢查這個(gè)類是否經(jīng)歷過了加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析和初始化這個(gè)幾個(gè)步驟。如果沒有，那么類加載器還在雙親委派的模式下，使用當(dāng)前類加載器的以 ClassLoader + package + class 為key進(jìn)行查找對(duì)應(yīng)的.class文件，如果沒有找到對(duì)應(yīng)的文件，則會(huì)拋出 ClassNotFoundException 異常，如果找到，則進(jìn)行類加載，并生成對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象

1.2.2，為對(duì)象開辟空間，分配內(nèi)存

首先需要計(jì)算對(duì)象占用空間的大小，接著在堆中劃分一塊內(nèi)存給新對(duì)象，如果實(shí)例成員變量時(shí)引用變量，那么僅分配引用變量空間即可，即四個(gè)字節(jié)大小。如根據(jù)不同的基本數(shù)據(jù)類型其所占用的字節(jié)數(shù)，從而得知每個(gè)變量占多大的空間，最后將這些變量所需要的空間全部疊加在一起，得到的就是這個(gè)總空間的字節(jié)數(shù)。

而內(nèi)存如果是規(guī)整的，那么虛擬機(jī)將采用的是 指針碰撞 的方式來為對(duì)象分配內(nèi)存。如下圖，就是將用過的內(nèi)存放在一邊，空閑的內(nèi)存放在另外一邊，中間放著一個(gè)分界點(diǎn)的指示器，內(nèi)存分配就是將指針向空閑那邊挪動(dòng)，挪動(dòng)的距離就是對(duì)象所需要的大小 ，而指針碰撞這種方式，取決于虛擬機(jī)的垃圾回收算法是否具有壓縮功能。

如果內(nèi)存內(nèi)部不是規(guī)整的，虛擬機(jī)內(nèi)部就得維護(hù)一個(gè)列表來管理已使用的內(nèi)存和未使用的內(nèi)存，其方式被稱為 空閑列表 。如下圖，虛擬機(jī)內(nèi)部維護(hù)了一張表，記錄的是哪塊內(nèi)存時(shí)可用的，哪塊內(nèi)存時(shí)不可用的，然后在分配的時(shí)候，就從列表中找到一塊足夠打的空間劃分給對(duì)象實(shí)例，并更新表上的內(nèi)容。

1.2.3，處理并發(fā)問題

由于對(duì)象是在堆中創(chuàng)建，而堆又是共享區(qū)域，因此避免不了會(huì)出現(xiàn)這個(gè)并發(fā)的問題，而在堆內(nèi)部，主要采用了兩種方式來保證實(shí)例的安全性。

一種是采用CAS比較與交換的方式，失敗則重試，區(qū)域加鎖來保證更新的原子性，另一種是 每個(gè)線程預(yù)先分配一個(gè) TLAB。主要是通過這兩種方式來解決并發(fā)安全的問題。

1.2.4，對(duì)象初始賦值

這里進(jìn)行一個(gè)默認(rèn)的初始化。這樣所有屬性都有一個(gè)默認(rèn)值，保證對(duì)象實(shí)例字段在不賦值時(shí)就可以使用。因此在方法內(nèi)部，靜態(tài)變量在準(zhǔn)備階段就進(jìn)行了初始賦值，實(shí)例變量在分配空間的時(shí)候也進(jìn)行了初始賦值，因此這兩個(gè)可以直接使用變量，其他的變量如果沒有進(jìn)行顯示的初始化，那么會(huì)出現(xiàn)直接編譯失敗的情況。

1.2.5，設(shè)置對(duì)象的對(duì)象頭

將對(duì)象所屬的類、對(duì)象的hashCode、GC信息、年齡、鎖信息等存儲(chǔ)在對(duì)象的對(duì)象頭中。

1.2.6，執(zhí)行init方法進(jìn)行初始化

這里就行一個(gè)顯示初始化，初始化工作才正式開始。初始化成員變量，執(zhí)行實(shí)例化代碼塊，調(diào)用類的構(gòu)造方法，并把堆對(duì)象的首地址賦值給引用對(duì)象。因此一般來說，new 指令之后會(huì)接著就是執(zhí)行方法，將對(duì)象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化，這樣真正可用的對(duì)象才算完整的創(chuàng)建出來。

2，對(duì)象的內(nèi)存布局

對(duì)象的內(nèi)存布局中，主要包括對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)其填充

2.1，對(duì)象頭(Header)

在對(duì)象頭中，又可以分為兩部分，一部分是運(yùn)行時(shí)的元數(shù)據(jù)，另一部分就是類型指針。

運(yùn)行時(shí)元數(shù)據(jù)包括哈希碼、GC年齡分代、線程持有的鎖、持有鎖標(biāo)志、線程id、線程時(shí)間戳。

由下圖可知，在對(duì)象的年齡分代為4bit，因此最大為1111，即15，又由于是從0開始，因此其最大年齡為15，所以在設(shè)置這個(gè)年齡的時(shí)候，只能往小設(shè)置。鎖的標(biāo)志位對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼用01、10、11表示，其值分別對(duì)應(yīng)著1、2、3，并且這段鎖升級(jí)的過程是不可逆的。

而類型指針指向的是元數(shù)據(jù)InstanceKlass，確定該對(duì)象所屬的類型。如果是數(shù)組，還需要記錄數(shù)組的長(zhǎng)度

2.2，實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)

對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，包括代碼中定義的各種類型的字段，以及父類繼承下來的和本身?yè)碛械淖侄?/strong> 。并且在這些對(duì)象中，父類定義的變量會(huì)出現(xiàn)在子類之前，并且相同的字段總是會(huì)被分配在一起，如果CompactFields參數(shù)為true，子類的窄變量可能插入到父類變量的空隙。

/**
 * @author zhenghuisheng
 * @date : 2023/4/7
 */
public class Customer {
    Integer id = 1001;
    String name = "zhenghuisheng";
    public Customer(){
        Account account = new Account();
    }
}
public class Test{
    public static void main(String[] args){
        Customer cust = new Customer(); 
    }
}

//第一個(gè)User存在方法區(qū)，主要是存儲(chǔ)類信息和運(yùn)行時(shí)常量池
//第二個(gè)user在棧中，作為變量存儲(chǔ)
//最后的 new User存儲(chǔ)在堆中
User user = new User();

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(100 * 1024);