深入理解Java虛擬機器筆記之二關於物件

zhumeilu發表於2019-01-09

物件的建立

檢查類載入

虛擬機器遇到一條new指令時,首先將去檢查這個指令的引數是否能在常量池中定位到一個類的符號引用,並且檢查這個符號引用代表的類是否已被載入、解析和初始化過。如果沒有,那必須先執行相應的類載入過程。

分配記憶體

在類檢查通過後,接下來虛擬機器將為新生物件分配記憶體。物件所需記憶體的大小在類載入完成後便完全確定,為物件分配空間的任務等同於把一塊確定大小的記憶體從Java堆中劃分出來。

記憶體分配方式:

  • 指標碰撞

    假設Java堆中記憶體是絕對規整的,所有用過的記憶體都放在一邊,空閒的記憶體放在另一邊,中間放著一個指標作為分界點的指示器,那所分配記憶體就僅僅是把那個指標向空閒空間那邊挪動一段與物件大小相等的距離。

  • 空閒列表

    如果Java堆中的記憶體並不是規整的,已使用的記憶體和空閒的記憶體相互交錯,那就沒有辦法簡單地進行指標碰撞了,虛擬機器就必須維護一個列表,記錄上哪些記憶體塊是可用的,在分配的時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給物件例項,並更新列表上的記錄。

選擇哪種分配方式由Java堆是否規整決定,而Java堆是否規整又由所採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。

因此,在使用Serial、ParNew等帶有Compact過程的收集器時,系統採用的分配演算法是指標碰撞,而使用CMS這種基於Mark-Sweep演算法的收集器時,通常採用空閒列表。

併發分配記憶體

在併發時分配記憶體:

  • 對分配記憶體空間的動作進行同步處理--實際上虛擬機器採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性
  • 把記憶體分配的動作按照執行緒劃分在不同的空間之中進行,即每個執行緒在Java堆中預先分配一小塊記憶體,稱為本地執行緒分配緩衝。哪個執行緒要分配記憶體,就在哪個執行緒的TLAB上分配,只有TLAB用完並分配新的TLAB時,才需要同步鎖定。虛擬機器是否使用TLAB可以通過-XX:+/-UseTLAB 引數來設定。

記憶體初始化

記憶體分配完成後,虛擬機器需要將分配到的記憶體都初始化為零值(不包括物件頭),如果使用TLAB,這一工作過程也可以提前至TLAB分配時進行。這一步操作保證了物件的例項欄位在Java程式碼中可以不賦予初始值就直接使用,程式能訪問到這些欄位的資料型別所對應的零值。

設定物件

設定物件頭等其他資訊

執行初始化方法

執行<init>方法

物件的記憶體佈局

  • 物件頭
  • 例項資料
  • 對齊填充

物件頭

物件頭分為兩個部分

第一部分用於儲存物件自身的執行時資料。如雜湊碼、GC分代年齡、鎖狀態標誌、執行緒持有的鎖、偏向執行緒ID、偏向時間戳等。這部分資料的長度在32位和64位虛擬機器中分別為32bit和64bit,官方成為Mark Word。

另一部分是型別指標,即物件指向它的類後設資料的指標,虛擬機器通過這個指標來確定這個物件是哪個類的例項。如果物件是一個Java陣列,那在物件頭中還必須有一塊用於記錄陣列長度的資料,因為虛擬機器可以通過普通Java物件的後設資料資訊確定Java物件的大小,但是從陣列的後設資料中卻無法確定陣列的大小。

例項資料

例項資料部分是物件真正儲存的有效資訊,也是在程式程式碼中所定義的各種型別的欄位內容。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。

這部分儲存順序會受到虛擬機器分配策略引數和欄位在Java原始碼中定義順序的影響。HotSpot虛擬機器預設的分配策略為longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops,相同的寬度的欄位總是被分配到一起。

對其填充

對其填充並不是必然存在的,沒有特別的含義,僅僅起著佔位符的作用,由於HotSpot VM的自動管理系統要求物件起始地址必須是8位元組的整數倍,換句話說就是物件的大小必須是8位元組的整數倍。

物件訪問定位

Java程式通過棧上的Reference引用來操作堆上的具體物件。由於Reference型別在Java虛擬機器規範中只規定了一個指向物件的引用,並沒有定義這個引用應該通過何種方式去定位、訪問堆中的物件的具體位置,所以物件訪問方式也是取決於虛擬機器實現而定的。目前主流的訪問方式有使用控制程式碼和直接指標關聯。

控制程式碼訪問

使用控制程式碼訪問,那麼Java堆中將會劃出一塊記憶體來作為控制程式碼池,Reference中儲存的就是物件的控制程式碼地址,而控制程式碼中包含了物件例項資料與型別資料各自的具體地址資訊。

深入理解Java虛擬機器筆記之二關於物件

直接指標訪問

直接指標訪問,那麼Java堆物件的佈局中就必須考慮如何放置訪問型別資料的相關資訊,而Reference中存放的直接就是物件地址。

深入理解Java虛擬機器筆記之二關於物件

使用控制程式碼來訪問的最大好處就是Reference中儲存的是穩定的控制程式碼地址,在物件被移動(垃圾收集是移動物件是非常普遍的行為)時只會改變控制程式碼中的例項資料指標,而Reference本身不需要修改。

使用直接指標訪問方式的最大好處就是速度更快,他節省了一次指標定位的時間開銷,又有物件的訪問在Java中非常頻繁,因此這類開銷積少成多後也是一項非常可觀的執行成本。HotSpot虛擬機器是使用第二種方式進行物件訪問的。

相關文章