转载

JVM系列(三) - JVM对象探秘

对于 JVM 运行时区域有了一定了解以后，本文将更进一步介绍虚拟机内存中的数据的细节信息。以 JVM 虚拟机( Hotspot )的内存区域 Java 堆为例，探讨 Java 堆是如何 创建对象 、如何 布局对象 以及如何 访问对象 的。

正文

(一). 对象的创建

说到对象的创建，首先让我们看看 Java 中提供的几种对象创建方式：

Header	解释
使用new关键字	调用了构造函数
使用Class的newInstance方法	调用了构造函数
使用Constructor类的newInstance方法	调用了构造函数
使用clone方法	没有调用构造函数
使用反序列化	没有调用构造函数

下面举例说明五种方式的具体操作方式：

Employee.java

public class Employee implements Cloneable, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;

    public Employee() {}

    public Employee(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Employee other = (Employee) obj;
        if (name == null) {
            if (other.name != null)
                return false;
        } else if (!name.equals(other.name))
            return false;
        return true;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee [name=" + name + "]";
    }

    @Override
    public Object clone() {
        Object obj = null;
        try {
            obj = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return obj;
    }
}
复制代码

1. new关键字

这是最常见也是最简单的创建对象的方式了。通过这种方式，我们可以调用任意的构造函数(无参的和带参数的)。

Employee emp1 = new Employee();
复制代码

Employee emp1 = new Employee(name);
复制代码

2. Class类的newInstance方法

我们也可以使用 Class 类的 newInstance 方法创建对象。这个 newInstance 方法调用无参的构造函数创建对象。

方式一：

Employee emp2 = (Employee) Class.forName("org.ostenant.jvm.instance.Employee").newInstance();
复制代码

方式二：

Employee emp2 = Employee.class.newInstance();
复制代码

3. Constructor类的newInstance方法

和 Class 类的 newInstance 方法很像， java.lang.reflect.Constructor 类里也有一个 newInstance 方法可以创建对象。我们可以通过这个 newInstance 方法调用 有参数 的和私有的 构造函数 。其中， Constructor 可以从对应的 Class 类中获得。

Constructor<Employee> constructor = Employee.class.getConstructor();
Employee emp3 = constructor.newInstance();
复制代码

这两种newInstance方法就是大家所说的反射。事实上Class的newInstance方法内部调用Constructor的newInstance方法。

4. Clone方法

无论何时我们调用一个对象的 clone 方法， JVM 都会创建一个新的对象，将前面对象的内容全部拷贝进去。用 clone 方法创建对象并不会调用任何构造函数。

为了使用 clone 方法，我们需要先实现 Cloneable 接口并实现其定义的 clone 方法。

Employee emp4 = (Employee) emp3.clone();
复制代码

5. 反序列化

当我们 序列化 和 反序列化 一个对象， JVM 会给我们创建一个单独的对象。在反序列化时， JVM 创建对象并不会调用任何构造函数。

为了反序列化一个对象，我们需要让我们的类实现 Serializable 接口。

ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out);
oos.writeObject(emp4);

ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream(oos.toByteArray());
ObjectInputStream ois =new ObjectInputStream(in);

Employee emp5 = (Employee) in.readObject();
复制代码

本文以 new 关键字为例，讲述 JVM 堆中对象实例的创建过程如下：

当虚拟机遇到一条 new 指令时，首先会检查这个 指令的参数 能否在 常量池 中定位一个 符号引用 。然后检查这个 符号引用 的类字节码对象是否 加载、解析和初始化 。如果没有，将执行对应的类加载过程。
类加载完成以后，虚拟机将会为新生对象分配内存区域，对象所需内存空间大小在类加载完成后就已确定。
内存分配完成以后，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值。
虚拟机对对象进行一系列的设置，如 所属类的元信息 、 对象的哈希码 、 对象GC分带年龄 、 线程持有的锁 、 偏向线程ID 等信息。这些信息存储在 对象头 ( Object Header )。

上述工作完成以后，从虚拟机的角度来说，一个新的对象已经产生了。然而，从 Java 程序的角度来说，对象创建才刚开始。

## (二). 对象的布局

HotSpot 虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域： 对象头 （ Header ）、 实例数据 （ Instance Data ）和 对齐填充 （ Padding ）。

对象头

在 HotSpot 虚拟机中，对象头有两部分信息组成： 运行时数据 和 类型指针 。

1. 运行时数据用于存储对象自身运行时的数据，如 哈希码 （hashCode）、 GC分带年龄 、 线程持有的锁 、 偏向线程ID 等信息。

这部分数据的长度在 32 位和 64 位的虚拟机（暂不考虑开启压缩指针的场景）中分别为 32 个和 64 个 Bit ，官方称它为 “Mark Word” 。

在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下，Mark Word的32个Bit空间中的25Bit用于存储对象哈希码（HashCode），4Bit用于存储对象分代年龄，2Bits用于存储锁标志位，1Bit固定为0。

在其他状态（轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向）下对象的存储内容如下表所示：

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、对象分代年龄	01	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、对象分代年龄	01	可偏向

2. 类型指针指向实例对象的 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。

如果对象是一个 Java 数组，那在 对象头 中还必须有一块用于记录 数组长度 的数据。

实例数据

实例数据部分是对象真正存储的 有效信息 ，无论是从 父类继承 下来的还是该类 自身的 ，都需要记录下来，而这部分的 存储顺序 受虚拟机的 分配策略 和 定义的顺序 的影响。

默认分配策略：

long/double -> int/float -> short/char -> byte/boolean -> reference

如果设置了 -XX:FieldsAllocationStyle=0 （默认是 1 ），那么 引用类型 数据就会优先分配存储空间：

reference -> long/double -> int/float -> short/char -> byte/boolean

结论：

分配策略总是按照字节大小由大到小的顺序排列，相同字节大小的放在一起。

对齐填充

HotSpot 虚拟机要求每个对象的 起始地址 必须是 8 字节的整数倍，也就是对象的大小必须是 8 字节的 整数倍 。而 对象头部分 正好是 8 字节的倍数（ 32 位为 1 倍， 64 位为 2 倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐的时候，就需要通过 对齐填充 来补全。