对象的创建
我们知道JAVA是面向对象的,在语言层面上,创建对象通过一个关键字new就可以完成。
在虚拟机中,创建一个普通对象的过程就比较复杂:
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虚拟机遇到一条new指令
上面的工作完成后,从虚拟机视角看,一个新的对象已经产生,但从Java程序视角来看,对象创建才刚刚开始————< init>方法4还没有执行,所以的字段都还是零。一般来说执行new指令后会接着执行<
init>方法,把对象按照程序员的意愿进行初始化,这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。
对象的内存布局
在HotSpot虚拟机里,对象在内存中的存储布局分为三部分:
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对象头(Header) 包括两部分信息:
- 1.用于存储对象自身的运行时数据(官方称为“Mark Word”);
- 2.类型指针。
这些信息是对对象的附加说明标志的信息,与对象的自身定义的数据无关,就如我们的快递单和实际快递实物没有实际关系一样。
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实例数据(Instance Data) 就是对象真正存储的有效信息。
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对齐填充(Padding) 仅仅起着占位符的作用。
图解:
(图片来源:JVM(三)JVM中对象的内存布局详解)
(图片来源:java虚拟机对象内存分布详解)
一、对象头
我们知道对象头包含两部分
- 用于存储对象自身的运行时数据(“Mark Word”):对象头信息是相对于对象自身定义数据无关的额外存储信息。所以为了充分利用这部分的空间,根据对象不同的状态将这部分存储不同的信息。
存储内容 | 标志位 | 状态 |
---|---|---|
对象哈希码、对象分代年龄 | 010 | 未锁定 |
指向锁记录的指针 | 00 | 轻量级锁定 |
指向重量级锁的指针 | 10 | 膨胀(重量级锁定) |
空,不需要记录信息 | 11 | GC标记 |
偏向线程ID、偏向时间戳、对象的分代年龄 | 101 | 可偏向 |
例如:在32位HotSpot虚拟机中,如果对象处于未被锁定的状态下,那么Mark Word的32bit空间中的25bit用于存储对象哈希码,4bit用于存储对象分代年龄,2bit用于存储锁标志位,1bit固定为0。下表是不同状态下对象存储内容的详细表:
下表为32位Mark Word的详细分布:
(图片来源:java虚拟机对象内存分布详解)
要理解上图,我们需要知道什么是GC标记,即垃圾回收算法。这里的介绍比较不错
还需要知道锁的概念,对象锁
在多线程的情况下,锁在线程安全中扮演着举重轻重的作用。可以参考:浅谈偏向锁、轻量级锁、重量级锁
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类型指针
类型指针即对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
但这个又不是必须的, 这就牵扯到对象的访问方式问题了,如果使用直接指针访问方式,需要用到;若是使用句柄访问,因为句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息,所以就用不到类型指针了。 -
如果对象是一个Java数组对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据,因为虚拟机无法从数组的元数据中确定数组的大小
二、实例数据
实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也既是我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容,无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的都需要记录下来。
这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数(FieldsAllocationStyle)和字段在Java源码中定义顺序的影响。
HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers),从分配策略中可以看出,相同宽度的字段总是被分配到一起。在满足这个前提条件的情况下,在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果 CompactFields参数值为true(默认为true),那子类之中较窄的变量也可能会插入到父类变量的空隙之中。
基本规则:
1.存储顺序见下表:默认基本类型在前,按长度由长至短存储,然后就是对象指针引用。相同宽度的字段分配到一起。如果设置了-XX:FieldsAllocationStyle=0(默认是1),那么引用就会放在最前面。
2.对于同宽度的字段,父类在前子类在后。如果开启CompactFields,那么,子类中较窄的变量就会插到父列的变量的空隙中。
如图:
三、对齐填充
对齐填充并不是必然存在的,也没有特别的含义,它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,换句话说就是对象的大小必须是8字节的整数倍。对象头正好是8字节的倍数(1倍或者2倍),因此当对象实例数据部分没有对齐的话,就需要通过对齐填充来补全。
32 位系统下,当使用 new Object() 时,JVM 将会分配 8(Mark Word+类型指针) 字节的空间,128 个 Object 对象将占用 1KB 的空间。如果是 new Integer(),那么对象里还有一个 int 值,其占用 4 字节,这个对象也就是 8+4=12 字节,对齐后,该对象就是 16 字节。
以上只是一些简单的对象,那么对象的内部属性是怎么排布的?
Class A {
int i;
byte b;
String str;
}
其中对象头部占用 ‘Mark Word’4 + ‘类型指针’4 = 8 字节;byte 8 位长,占用 1 字节;int 32 位长,占用 4 字节;String 只有引用,占用 4 字节;那么对象 A 一共占用了 8+1+4+4=17 字节,按照 8 字节对齐原则,对象大小也就是 24 字节。
这个计算看起来是没有问题的,对象的大小也确实是 24 字节,但是对齐(padding)的位置并不对:在 HotSpot VM
中,对象排布时,间隙是在 4 字节基础上的(在 32 位和 64 位压缩模式下)。上述例子中,int 后面的 byte,空隙只剩下 3
字节,接下来的 String 对象引用需要 4 字节来存放,因此 byte 和对象引用之间就会有 3 字节对齐,对象引用排布后,最后会有 4
字节对齐,因此结果上依然是 7 字节对齐。
此时对象的结构示意图,如下图所示:
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例如我们定义一个名字为student的class类 ,student就是该类的一个符号引用。
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为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。
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对象头会在内存布局中详讲。
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init方法是类中的一个特殊的对象方法,专门用来对象创建的对象进行初始化。
当通过类创建对象的时候,系统就会自动调用init方法。