Java虚拟机学习笔记-对象创建的过程

写在前面

  简单记录Java创建对象的过程,另外,本文讨论的对象仅限于普通的Java对象,不包括数组和Class对象等。


基本步骤

  虚拟机接收到一条new指令时,执行以下步骤来完成对象的创建:

类加载检查

  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,并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有,则需要先执行相应的类加载过程。


分配内存

  对象所需的内存大小在类加载完成后便可完全确定,所以分配内存就是把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。分配内存这一块分为两个方面,第一个方面是Java堆中的内存是规整的,使用“指针碰撞”(Bump the Pointer)的方式分配内存。

指针碰撞:在Java堆规整的情况下,用过的内存放在一边,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,所分配的内存就仅仅是将那个指针向空间空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。

  另一个方面是Java内存中的内存是不规整的,所采用的分配方式叫“空闲列表”(Free List)。

空闲列表:在Java堆不规整的情况下,没有办法进行指针碰撞,虚拟机就需要维护一个列表,记录哪些内存是可用的,在分配的时候从列表中找到一块足够大的内存划分给对象实例,并更新列表上的记录。

  选择哪种分配方式是由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。因此,在使用Serial,ParNew,等带Compact过程的收集器时,系统采用的分配方法是指针碰撞,而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时,通常采用空闲列表。

  对象创建是虚拟机中非常频繁的行为,所以在并发的情况下不是线程安全的。有两种解决方案:

  • 对分配内存空间的动作进行同步处理—— 实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方法保证更新操作的原子性
  • 每个线程预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。线程要分配内存,就在它的TLAB上分配,只有TLAB用完分配新的TLAB的时候,才需要同步锁定。

  虚拟机是否使用TLAB,可以用-XX:+/-UseTLAB参数来设定。


初始化

  将分配到的内存空间初始化为零值(不包括对象头),如果使用了TLAB的话,该步骤可以提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初值就直接使用,程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

注:在之前的学习中,我只是知道类的成员变量不需要赋值,会有它对应的零值,却不知道为什么,学到这里总算知道了原因。


对对象进行必要的设置

  虚拟机对对象进行必要的设置,例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、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。根据虚拟机当前的运行状态的不同,对对象头会有不同的设置方式。以后的文章记录对象头的具体内容。


执行初始化方法

  执行完上面的步骤,从虚拟机的视角来看,一个新的对象已经产生了,但是对于Java程序来说,对象创建才刚开始,因为<init>方法还没有执行,所有的字段都还为零值。所以,一般来说,执行new指令之后会接着执行<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。

此处所说的<init>方法,应该就是我们开发中new指令后所调用的类的构造方法。


小结

  以前知道怎么用,现在要知道为什么这样用,就这样。


参考资料

Author: HowieLi
Link: https://www.howieli.cn/posts/java-new-instance-process.html
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