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Java内存管理-一文掌握虚拟机创建对象的秘密（九）

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勿在流沙筑高台，出来混迟早要还的。

回顾一下：

本文是接着上一篇内容： Java内存管理-愚人节new一个对象送给你（八） ,继续整理！主要内容讲解HotSpot虚拟机在Java堆中对象是如何创建、内存分配布局和访问方式。

本文地图：

Java内存管理-一文掌握虚拟机创建对象的秘密（九）

一、给你创建一个对象

如果你是一直从第一季看过来的，那一定知道前面有个地方讲过类的整个生命周期，之前只是讲到了 初始化阶段 ，类是如何使用和类是如何被卸载还没有进行讲解！那本文就简单介绍一下类的使用，我们 new 一个 “如花” 似玉的 girl ！

这里再回顾一下，类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的生命周期包括了七个阶段：

加载(Loading)
验证(Verification)
准备(Preparation)
解析(Resolution)
初始化(Initialization)
使用(Using)
卸载(Unloading)

在Java中我们用使用一个类，很多时候是创建这个类的一个实例，也就是常说的创建一个对象。其实在Java程序运行过程中，无时无刻都有对象被创建出来。创建对象（如克隆、反序列化）通常仅仅是一个 new 关键字而已。但是在Java虚拟机中一个对象（只是普通的java对象，不包括数组和Class对象等）的创建是怎么一个过程呢？

第一：虚拟机遇到一条 new 指令时，首先会去检查这个指令的参数是否能够在 常量池 中定位到一个类的符号引用。然后检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有进行类加载则执行相应的类加载的过程。记住：要new对象，要先加载类！

第二：类加载检查通过后，虚拟机将为新生的对象分配内存。对象所需的内存大小在类加载的时候便可以完全确定(如何确定对象的下文说明) 。为对象分配内存的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。分配方式有 “指针碰撞” 和 “空闲列表” 两种，选择那种分配方式由 Java 堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定（对象在堆上的划分，这是个复杂的问题，后文继续探讨，这里只要明白是在对象是在堆上分配内存即可）。记住：要new对象，要有先分配内存空间！

第三：内存分配完成，虚拟机需要将分配的内存空间都初始化为零值（零值这个概念之前文章也介绍过，这里就不再说明），这一步的操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用，因为程序能访问这些字段的数据类型对应的零值。记住：要new对象，虚拟机会帮你为对象的实例字段自动赋予零值！

第四：虚拟机要对对象进行必要的设置，如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息（JDK7是方法区保存）、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息都存放在对象的对象头（Object Header）中。

上面工作都完成之后，在虚拟机看来，一个对象就已经产生了。但是从Java程序的角度看，对象的创建才刚刚开始，因为方法还还没有执行，所有的字段都是为零值。所以一般来说，在 new 指令之后会接着执行方法，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！

记住：对象不是你想new，想new就可以new的！

下面用通过图解的例子简单说明（ 版本jdk1.7 ）：

第一：一个PrettyGirl类！

public class PrettyGirl {

    /**
     * 姑娘姓字名谁
     */
    String name;

    /**
     * 芳龄几何
     */
    int age;

    /**
     * 家住何方
     */
    static String address;

    /**
     * 可曾婚配否
     */
    boolean marry;

    void sayHello(){
        System.out.println("Hello...");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "PrettyGirl{" +
                "name='" + name + '/'' +
                ", age=" + age +
                ", marry=" + marry +
                '}';
    }
}
复制代码

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方法区除了保存类的结构，还保存静态属性与静态方法。编写中小型程序时，一般不会造成方法区的内存溢出！在JDK1.8 没有方法区的概念，前面文章中也有提到，这里为了讲解使用图解还是JDK1.7！

第二：实例化new两个漂亮女孩！

public static void main(String[] args) {
    PrettyGirl pg1 = new PrettyGirl();
    pg1.name = "Alice";
    pg1.age = 18;
    pg1.address = "changsha";

    PrettyGirl pg2 = new PrettyGirl();
    pg2.name = "Alexia";
    pg2.age = 28;

    System.out.println(pg1 + " ---" + pg1.address);
    System.out.println(pg2 + "----" + pg2.address);

}  
----打印结果：--------
PrettyGirl{name='Alice', age=18, marry=false} ---changsha
PrettyGirl{name='Alexia', age=28, marry=false}----changsha    
复制代码

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在栈内存为 pg1 变量申请一个空间,在堆内存为PrettyGirl对象申请空间,初始化完毕后将其地址值返回给pg1 ，通过pg1 .name和pg1 .age修改其值，静态的变量address是类公有的！

堆存放对象持有的数据，同时保持对原类的引用。可以简单的理解为对象属性的值保存在堆中，对象调用的方法保存在方法区。

从上图也可以看到有一个区域是栈，在程序运行的时候，每当遇到方法调用时候，Java虚拟机就会在栈中划分一块内存称为栈帧（线程私有，堆和方法区线程共享的）。就如上面的程序，在调用main方法的时候，会创建一下栈，栈帧中的内存供局部变量（包括基本类型和引用类型）使用，基本类型和引用类型后文会详情介绍。当方法调用结束后，虚拟机会回收次栈帧占用的内存。

tips：回顾

1、堆内存溢出会发生 OutOfMemoryError 错误，提示信息“Java heap Space”。

2、在栈中会有两个异常：

如果线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError 异常（递归可能会导致此异常）！
如果虚拟机在扩展栈时候无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

3、如果有方法区也会出现OutOfMemoryError 错误，提示信息 “PermGen space”。（JDK8 后无此错误提示）

每个区域都有一些参数可以设置，参数学习续持续更新！

二、对象的内存布局

感慨，创建一个对象还是挺不容易的！

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance data）和对象填充（Padding）。

那下面就对这三块区域进行简单介绍：

1、对象头-还是一个看脸的时代！

对象头包括两部分信息。 第一部分用于存储对象自身的运行时数据 ，如

哈希码（HashCode），一个对象的hashcode是唯一的，如判断一个对象是不是单例的！
GC分代年龄（标明是新生代还是老年代..）
锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID（多线程，同步的时候用到）
其他等等....

注：上面的几个点，要结合和关联其他相关知识，理解会更加深入一点。

如哈希码hashCode，对下面两个问题如果你又自己的一些思考， 欢迎留言探讨！

1、重写了equals 必须要重写hashcode，思考一下，为什么？如果不重写在使用HashMap的时候会有出现什么问题？

2、HashMap中相同key存入数据不替换，而是进行叠加存储，怎么实现？

问题2提示：只要重写了key的hashCode（）和Map的put（）方法，其实就可以实现对于相同key下叠加存储不同的value了。

第二部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过指针来确定这个对象是那个类的实例。（就如我们上图的箭头，可以简单理解为指针！）

说明：

（1）、并不是所有的虚拟机实现都是必须在对象数据上保留类型指针，也就是查找对象的元数据并一定经过对象本身！

（2）、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的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据确定Java对象的大小，但是从数组的元数据却无法确定数组的大小。

2、实例数据-了解了外在美，还要注重内在美!

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也就是程序代码中定义的各种类型的字段内容。

不论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。记录的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中的定义的顺序相关。

3、对齐填充-对齐填充成为标准网红！

对象的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兑现的起始地址必须是8字节的整数倍，也就是说对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的整数倍，因此当对象实例数据部分没有对齐时候，就需要填充来补全。

（类比记忆对齐填充，由于审美的标准，有一些人天生就是俊俏的脸蛋和好的身材，不需要进行其他的填充，有一些人可能有好看的脸蛋，但是某些地方和标准还差点意思，就需要填充来达到标准）

tips：字节

字节（byte）计算机里用来存储空间的基本计量单位。8个二进制位（bit）构成了一个字节（byte）即1byte=8bit。

三、如何“约”（定位）一个对象

认识了一个对象后，不能总是聊微信，也要约一下吃个饭啥的！那在Java中建立了一个对象，那肯定是要使用对象的。 Java程序是如果找到具体的对象的呢？

在Java程序中需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象（如开篇的图示，栈上面的引入指向堆中具体对象）。但是由于Reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。

目前主流的访问方式有使用句柄和 直接指针 两种。