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JVM—Java对象是如何创建、存储和访问的?

Java程序员都知道如何创建对象，不就是一个 Person person = new Person() 的语句就解决了么？然而，我们只知道new，却对于底层如何实现对象的创建、如何存储到内存中去、又如何被访问的知之甚少。

对象的创建

流程图

创建流程

Java程序new一个对象。
虚拟机遇到一条 new指令 时，首先检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的 符号引用 ，且检查该符号引用代表的 类是否已被加载、解析和初始化过 。若没有，需先进行相应的类加载过程。
在类加载检查通过后，虚拟机将为新生对象 分配内存 。（对象在内存中所需要的大小在类加载完成后就确定了）
内存分配完之后，虚拟机需要将分配到的内存空间 初始化为零值 （不包括对象头）。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，可以访问对应的零值。（对应准备阶段）
虚拟机对对象进行必要的设置（ 对象头的设置 ）。如这个对象是哪个类的实例、如何找到类的元数据信息、对象哈希码、对象的GC分代年龄等信息。
以上虚拟机中新对象产生，对应到Java程序还需要继续执行 <init> 方法，将对象在程序中进行初始化。

内存空间分配方式

为对象分配空间就是从 Java堆 中划分出一块确定大小的内存给新生对象，考虑符合划分可用空间的两种方式： “指针碰撞”和“空闲列表”

指针碰撞 ：若Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个 指针作为分界点的指示器 ，所分配内存仅仅是把那个 指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离 。在使用 Serial、ParNew收集器时 等带有 Compact过程 时，系统分配算法是指针碰撞。
空闲列表 ：Java堆中内存不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，VM需维护一个列表，记录上哪些内存是可用的，在分配时从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。使用 CMS收集器 时，就是采用的空闲里列表，CMS是基于 Mark-Sweep算法（标记-清除） 的收集器。

并发安全问题

Java对象创建在程序中是非常常见的，所以在VM中对象创建是非常频繁，容易出现 多线程并发安全问题 ：如程序中创建对象A和对象B，底层VM给A对象分配内存，指针没来及修改，对象B同时使用原来的指针分配内存。解决方案有两种： 同步处理和本地线程分配缓冲

同步处理 ：分配内存空间的动作进行同步处理（CAS操作），VM采用 CAS配上失败重试 的方式保证更新操作的 原子性 ；
本地线程分配缓冲 ：Thread Local Allocation Buffer, TLAB，把内存分配的动作 按照线程划分 在 不同的空间 之中进行，即 每个线程在Java堆中预先分配一小块内存 ，即为TLAB，哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有用完后并分配新的TLAB，才需要同步锁定。通过 -XX:+/-UseTLAB 参数设定是否需要使用TLAB。

对象的内存布局

概述

Java对象在内存存储的布局分为3块： 对象头、实例数据和对齐填充 。

对象头

对象头（Header）分为两部分： 用于存储对象自身的运行时数据和类型指针 。

运行时数据

Mark Word ，用于存储对象自身的运行时数据包括：哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。

存储内容	标志位	状态
对象哈希码、GC分代年龄	01	未锁定
指向锁记录的指针	00	轻量级锁定
指向重量级的指针	10	膨胀（重量级锁定）
空，不需要记录信息	11	GC标志
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄	01	可偏向

Mark Word是一个 非固定 的数据结构，在极小的空间内存储尽量多的数据，会根据对象的状态 复用 自己的存储空间，如在32位HotSpot VM中，若对象处于未锁定状态，Mark Word的32bit空间中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，即 32（存储空间）=25（哈希码）+4（分代年龄）+2（锁标志位）+1（固定0）

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对象是哪个类的实例，但是并非查找对象的元数据就一定要通过对象本身，也只是适用于普通对象， 普通Java对象可以通过元数据信息 可以确定Java对象的大小。 不适用的Java对象，如Java数组对象 的对象头中必须有一块能保持记录数组长度的数据，因为从数组元数据中无法确定数组的大小。