各位小伙伴，當(dāng)我們new一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，對(duì)象到底是怎么生產(chǎn)出來(lái)的呢，我們這篇說(shuō)一說(shuō)對(duì)象生成的過(guò)程和內(nèi)存的分配機(jī)制，面試的時(shí)候可以扯一扯，絕對(duì)是加分項(xiàng)。

圖片

1.加載類時(shí)檢查

虛擬機(jī)在執(zhí)行的過(guò)程中，執(zhí)行到new關(guān)鍵字（new關(guān)鍵詞、對(duì)象克隆、對(duì)象序列化等）的時(shí)候，第一步是先去檢查這個(gè)指令的參數(shù)對(duì)應(yīng)的符號(hào)引用是否在常量池中，其對(duì)應(yīng)的類是否已經(jīng)被加載解析和初始化，如果已經(jīng)有，就代表此類已經(jīng)被加載過(guò)了，如果嗎，沒(méi)有就說(shuō)明類還沒(méi)有被加載，那就要執(zhí)行類記載的整個(gè)過(guò)程。

2.內(nèi)存的分配

在類加載過(guò)程完成后，就要對(duì)新創(chuàng)建的對(duì)象進(jìn)行分配內(nèi)存的操作，那么對(duì)應(yīng)所需要的內(nèi)存具體大小是如何確定的呢，其實(shí)對(duì)象所需內(nèi)存的大小在類加載完成后就可以完全確定了，虛擬機(jī)只需要在java堆中劃分出相應(yīng)大小的固定的一塊內(nèi)存空間即可。

但是在分配內(nèi)存這個(gè)過(guò)程中有兩個(gè)問(wèn)題：

• 如何劃分內(nèi)存。
• 在并發(fā)情況下， 可能出現(xiàn)正在給對(duì)象A分配內(nèi)存，指針還沒(méi)來(lái)得及修改，對(duì)象B又同時(shí)使用了原來(lái)的指針來(lái)分配內(nèi)存的情況。虛擬機(jī)有兩種內(nèi)存分配方法，一種是“指針碰撞”，一種是“空閑列表”，java默認(rèn)采用的是指針碰撞，指針碰撞針對(duì)于規(guī)整的java堆，被使用的內(nèi)存全都集中在堆的一邊，而另一邊都是空閑的內(nèi)存，當(dāng)需要分配固定大小的內(nèi)存時(shí)候，只需要將內(nèi)存的指針（分界點(diǎn)的指示器）從當(dāng)前使用的位置向后挪動(dòng)相應(yīng)大小即可。當(dāng)堆內(nèi)存分配不是規(guī)整的時(shí)候，被使用的內(nèi)存和沒(méi)有被使用的內(nèi)存交錯(cuò)相間，虛擬機(jī)很難找到一塊固定大小且連續(xù)的內(nèi)存空間，這時(shí)候指針碰撞就很難發(fā)揮出作用，這個(gè)時(shí)候虛擬機(jī)采用的是空閑列表，空閑列表是用來(lái)維護(hù)哪些內(nèi)存塊是空閑的，在進(jìn)行分配內(nèi)存的時(shí)候，只需要去空閑列表中找到一塊大小合適且連續(xù)的內(nèi)存塊就可以了，然后再把這塊內(nèi)存空間在空閑列表上更新其記錄。

解決并發(fā)問(wèn)題的方法：

CAS（compare and swap）: 虛擬機(jī)采用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性來(lái)對(duì)分配內(nèi)存空間的動(dòng)作進(jìn)行同步處理。

本地線程分配緩沖（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）: 把內(nèi)存分配的動(dòng)作按照線程劃分在不同的空間之中進(jìn)行，即每個(gè)線程在Java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存。

通過(guò)-XX:+/-UseTLAB參數(shù)來(lái)設(shè)定虛擬機(jī)是否使用TLAB(JVM會(huì)默認(rèn)開(kāi)啟-XX:+UseTLAB)，-XX:TLABSize 指定TLAB大小。

3.初始化零值

內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值（不包括對(duì)象頭）， 如果使用TLAB，這一工作過(guò)程也可以提前至TLAB分配時(shí)進(jìn)行。這一步操作保證了對(duì)象的實(shí)例字段在Java代碼中可以不賦初始值就直接使用，程序能訪問(wèn)到這些字段的數(shù)據(jù)類型所對(duì)應(yīng)的零值。

4.設(shè)置對(duì)象頭

初始化零值之后，虛擬機(jī)要對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置，例如這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對(duì)象的哈希碼、對(duì)象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對(duì)象的對(duì)象頭Object Header之中。

在HotSpot虛擬機(jī)中，對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局可以分為3塊區(qū)域：對(duì)象頭（Header）、 實(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對(duì)齊填充（Padding）。HotSpot虛擬機(jī)的對(duì)象頭包括兩部分信息，第一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)， 如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時(shí) 間戳等。對(duì)象頭的另外一部分是類型指針，即對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。

32位對(duì)象頭：

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64位對(duì)象頭：

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5.執(zhí)行方法

執(zhí)行方法，即對(duì)象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化。對(duì)應(yīng)到語(yǔ)言層面上講，就是為屬性賦值（注意，這與上面的賦零值不同，這是由程序員賦的值），和執(zhí)行構(gòu)造方法。

對(duì)象大小與指針壓縮

對(duì)象大小可以用jol-core包查看，引入依賴

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

import org.openjdk.jol.info.ClassLayout;

/**
 * 計(jì)算對(duì)象大小
 */
public class JOLSample {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLayout layout = ClassLayout.parseInstance(new Object());
        System.out.println(layout.toPrintable());

        System.out.println();
        ClassLayout layout1 = ClassLayout.parseInstance(new int[]{});
        System.out.println(layout1.toPrintable());

        System.out.println();
        ClassLayout layout2 = ClassLayout.parseInstance(new A());
        System.out.println(layout2.toPrintable());
    }

    // -XX:+UseCompressedOops           默認(rèn)開(kāi)啟的壓縮所有指針
    // -XX:+UseCompressedClassPointers  默認(rèn)開(kāi)啟的壓縮對(duì)象頭里的類型指針Klass Pointer
    // Oops : Ordinary Object Pointers
    public static class A {
                       //8B mark word
                       //4B Klass Pointer   如果關(guān)閉壓縮-XX:-UseCompressedClassPointers或-XX:-UseCompressedOops，則占用8B
        int id;        //4B
        String name;   //4B  如果關(guān)閉壓縮-XX:-UseCompressedOops，則占用8B
        byte b;        //1B 
        Object o;      //4B  如果關(guān)閉壓縮-XX:-UseCompressedOops，則占用8B
    }
}


運(yùn)行結(jié)果：
java.lang.Object object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)    //mark word
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)    //mark word     
      8     4        (object header)                           e5 01 00 f8 (11100101 00000001 00000000 11111000) (-134217243)    //Klass Pointer
     12     4        (loss due to the next object alignment)
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 4 bytes external = 4 bytes total


[I object internals:
 OFFSET  SIZE   TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4        (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4        (object header)                           6d 01 00 f8 (01101101 00000001 00000000 11111000) (-134217363)
     12     4        (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
     16     0    int [I.<elements>                             N/A
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total


com.tuling.jvm.JOLSample$A object internals:
 OFFSET  SIZE               TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0     4                    (object header)                           01 00 00 00 (00000001 00000000 00000000 00000000) (1)
      4     4                    (object header)                           00 00 00 00 (00000000 00000000 00000000 00000000) (0)
      8     4                    (object header)                           61 cc 00 f8 (01100001 11001100 00000000 11111000) (-134165407)
     12     4                int A.id                                      0
     16     1               byte A.b                                       0
     17     3                    (alignment/padding gap)                  
     20     4   java.lang.String A.name                                    null
     24     4   java.lang.Object A.o                                       null
     28     4                    (loss due to the next object alignment)
Instance size: 32 bytes
Space losses: 3 bytes internal + 4 bytes external = 7 bytes total

什么是java對(duì)象的指針壓縮？

1.jdk1.6 update14開(kāi)始，在64bit操作系統(tǒng)中，JVM支持指針壓縮

2.jvm配置參數(shù):UseCompressedOops，compressed--壓縮、oop(ordinary object pointer)--對(duì)象指針

3.啟用指針壓縮:-XX:+UseCompressedOops(默認(rèn)開(kāi)啟)，禁止指針壓縮:-XX:-UseCompressedOops

為什么要進(jìn)行指針壓縮？

1.在64位平臺(tái)的HotSpot中使用32位指針(實(shí)際存儲(chǔ)用64位)，內(nèi)存使用會(huì)多出1.5倍左右，使用較大指針在主內(nèi)存和緩存之間移動(dòng)數(shù)據(jù)，占用較大寬帶，同時(shí)GC也會(huì)承受較大壓力2.為了減少64位平臺(tái)下內(nèi)存的消耗，啟用指針壓縮功能

3.在jvm中，32位地址最大支持4G內(nèi)存(2的32次方)，可以通過(guò)對(duì)對(duì)象指針的存入堆內(nèi)存時(shí)壓縮編碼、取出到cpu寄存器后解碼方式進(jìn)行優(yōu)化(對(duì)象指針在堆中是32位，在寄存器中是35位，2的35次方=32G)，使得jvm只用32位地址就可以支持更大的內(nèi)存配置(小于等于32G)

4.堆內(nèi)存小于4G時(shí)，不需要啟用指針壓縮，jvm會(huì)直接去除高32位地址，即使用低虛擬地址空間

5.堆內(nèi)存大于32G時(shí)，壓縮指針會(huì)失效，會(huì)強(qiáng)制使用64位(即8字節(jié))來(lái)對(duì)java對(duì)象尋址，這就會(huì)出現(xiàn)1的問(wèn)題，所以堆內(nèi)存不要大于32G為好

對(duì)象大小計(jì)算

1. 在32位系統(tǒng)下，存放Class指針的空間大小是4字節(jié)，MarkWord是4字節(jié)，對(duì)象頭為8字節(jié)。

2. 在64位系統(tǒng)下，存放Class指針的空間大小是8字節(jié)，MarkWord是8字節(jié)，對(duì)象頭為16字節(jié)。

3. 64位開(kāi)啟指針壓縮的情況下，存放Class指針的空間大小是4字節(jié)，MarkWord是8字節(jié)，對(duì)象頭為12字節(jié)。數(shù)組長(zhǎng)度4字節(jié)+數(shù)組對(duì)象頭8字節(jié)(對(duì)象引用4字節(jié)（未開(kāi)啟指針壓縮的64位為8字節(jié)）+數(shù)組markword為4字節(jié)（64位未開(kāi)啟指針壓縮的為8字節(jié)）)+對(duì)齊4=16字節(jié)。

4. 靜態(tài)屬性不算在對(duì)象大小內(nèi)。

關(guān)于對(duì)齊填充：對(duì)于大部分處理器，對(duì)象以8字節(jié)整數(shù)倍來(lái)對(duì)齊填充都是最高效的存取方式。