HotSpot 虛擬機(jī)對(duì)象探秘

對(duì)象的內(nèi)存布局

在 HotSpot 虛擬機(jī)中，對(duì)象的內(nèi)存布局分為以下 3 塊區(qū)域：

• 對(duì)象頭（Header）
• 實(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）
• 對(duì)齊填充（Padding）

對(duì)象頭

對(duì)象頭記錄了對(duì)象在運(yùn)行過程中所需要使用的一些數(shù)據(jù)：

• 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

對(duì)象頭可能包含類型指針，通過該指針能確定對(duì)象屬于哪個(gè)類。如果對(duì)象是一個(gè)數(shù)組，那么對(duì)象頭還會(huì)包括數(shù)組長度。

實(shí)例數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)部分就是成員變量的值，其中包括父類成員變量和本類成員變量。

對(duì)齊填充

用于確保對(duì)象的總長度為 8 字節(jié)的整數(shù)倍。

HotSpot VM 的自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對(duì)象的大小必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍。而對(duì)象頭部分正好是 8 字節(jié)的倍數(shù)（1 倍或 2 倍），因此，當(dāng)對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)部分沒有對(duì)齊時(shí)，就需要通過對(duì)齊填充來補(bǔ)全。

對(duì)齊填充并不是必然存在，也沒有特別的含義，它僅僅起著占位符的作用。

對(duì)象的創(chuàng)建過程

類加載檢查

虛擬機(jī)在解析.class文件時(shí)，若遇到一條 new 指令，首先它會(huì)去檢查常量池中是否有這個(gè)類的符號(hào)引用，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用所代表的類是否已被加載、解析和初始化過。如果沒有，那么必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程。

為新生對(duì)象分配內(nèi)存

對(duì)象所需內(nèi)存的大小在類加載完成后便可完全確定，接下來從堆中劃分一塊對(duì)應(yīng)大小的內(nèi)存空間給新的對(duì)象。分配堆中內(nèi)存有兩種方式：

• 指針碰撞
  如果 Java 堆中內(nèi)存絕對(duì)規(guī)整（說明采用的是“復(fù)制算法”或“標(biāo)記整理法”），空閑內(nèi)存和已使用內(nèi)存中間放著一個(gè)指針作為分界點(diǎn)指示器，那么分配內(nèi)存時(shí)只需要把指針向空閑內(nèi)存挪動(dòng)一段與對(duì)象大小一樣的距離，這種分配方式稱為“指針碰撞”。

• 空閑列表
  如果 Java 堆中內(nèi)存并不規(guī)整，已使用的內(nèi)存和空閑內(nèi)存交錯(cuò)（說明采用的是標(biāo)記-清除法，有碎片），此時(shí)沒法簡(jiǎn)單進(jìn)行指針碰撞， VM 必須維護(hù)一個(gè)列表，記錄其中哪些內(nèi)存塊空閑可用。分配之時(shí)從空閑列表中找到一塊足夠大的內(nèi)存空間劃分給對(duì)象實(shí)例。這種方式稱為“空閑列表”。

初始化

分配完內(nèi)存后，為對(duì)象中的成員變量賦上初始值，設(shè)置對(duì)象頭信息，調(diào)用對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)方法進(jìn)行初始化。

至此，整個(gè)對(duì)象的創(chuàng)建過程就完成了。

對(duì)象的訪問方式

所有對(duì)象的存儲(chǔ)空間都是在堆中分配的，但是這個(gè)對(duì)象的引用卻是在堆棧中分配的。也就是說在建立一個(gè)對(duì)象時(shí)兩個(gè)地方都分配內(nèi)存，在堆中分配的內(nèi)存實(shí)際建立這個(gè)對(duì)象，而在堆棧中分配的內(nèi)存只是一個(gè)指向這個(gè)堆對(duì)象的指針（引用）而已。 那么根據(jù)引用存放的地址類型的不同，對(duì)象有不同的訪問方式。

句柄訪問方式

堆中需要有一塊叫做“句柄池”的內(nèi)存空間，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。

引用類型的變量存放的是該對(duì)象的句柄地址（reference）。訪問對(duì)象時(shí)，首先需要通過引用類型的變量找到該對(duì)象的句柄，然后根據(jù)句柄中對(duì)象的地址找到對(duì)象。

直接指針訪問方式

引用類型的變量直接存放對(duì)象的地址，從而不需要句柄池，通過引用能夠直接訪問對(duì)象。但對(duì)象所在的內(nèi)存空間需要額外的策略存儲(chǔ)對(duì)象所屬的類信息的地址。

需要說明的是，HotSpot 采用第二種方式，即直接指針方式來訪問對(duì)象，只需要一次尋址操作，所以在性能上比句柄訪問方式快一倍。但像上面所說，它需要額外的策略來存儲(chǔ)對(duì)象在方法區(qū)中類信息的地址。