JVM(十二) —— 对象的实例化

创建对象的步骤

类加载

判断对象对应的类是否加载，链接，初始化：

虚拟机遇到一条new指令，首先去检查这个指令的参数能否在MetaSpace的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经被加载，链接，初始化。即判断类元信息是否存在，如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为key进行查找对应的class文件，如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的class类对象。

为对象分配内存
首先计算对象占用空间大小，接着在堆中划分一块内存给新对象，如果实例成员变量是引用变量，金分配引用变量空间即可，即4个字节大小。
如果内存是规整的，那么虚拟机将采用指针碰撞来为对象分配内存。指针碰撞是说所有用过的内存在一遍， 空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是吧指针想空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了，如果垃圾收集器选择的是Serial,ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种方式分配内存，一般使用带有整理过程的收集器时，使用指针碰撞。

如果内存是不规整的，已使用内存和未使用内存相互交错，那么虚拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。 意思是虚拟机维护了一个里诶啊哦，记录上哪些内存块是可用的，再分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的内容，这种分配方式称为空闲列表。

选择哪种分配方式由java堆是否规整决定，而java堆是否规整由所采用的的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

处理并发安全问题

• 采用CAS失败重试，区域加锁保证更新更新的原子性。
• 每个线程预先分配一块TLAB,通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。

初始化分配到内存空间

所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用。

设置对象的对象头

将对象的所属类（即类的元数据信息）对象的Hashcode和对象的GC信息，锁信息等数据存储在对象的对象头中，这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。

执行init方法进行初始化

在java程序的视角看来，初始化才正式开始，初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址给引用变量。因此一般来说（由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定。）new指令之后会接着就是执行方法，把对象按照程序员的医院进行初始化，这样一个真正可用的对象才算是完全创建出来。

对象的内存布局

对象的内存布局主要分为三部分：对象头，实例数据，对齐填充。

对象头

对象头包含两部分，一部分是运行时数据，一部分是类型指针。
其中运行时数据还包括哈希值，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。类型指针是指向类元数据InstanceClass,确定该对象所属类型。
如果是数组类型，还需记录数组的长度。

实例数据

它是对象真正存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段）。

分配规则：

• 相同宽度的字段总是被分配在一起。
• 父类中定义的变量会出现在子类前。
• 如果CompactFields参数为TRUE（默认为TRUE），子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙。

对齐填充

不是必须的，也没特别含义，仅仅起到占位符的作用。

结构图：

对象访问定位

创建对象的目的是为了使用它，JVM是通过栈上对象引用reference访问其内部的对象实例的。
对象访问的方式主要有两种，句柄访问和直接指针（HotSpot采用）。

句柄访问：

由于需要访问句柄池再去访问对象，所以效率会比较慢。但是reference中存储稳定句柄地址，对象被移动（垃圾手机时移动对象很普遍）时智慧改变句柄中实例数据指针即可，reference本身不需要被修改。

直接指针：

直接访问对象的实例数据，效率更高，HotSpot也是采用的这种方式。

直接内存

• 不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。
• 直接内存是Java堆外的，直接向系统申请的内存区间。
• 来源于NIO(NEW IO / NON BLOCKING IO)通过存在堆中的DirectByteBuffer操作Native内存。
• 通常，访问直接内存的速度会优于Java堆，即读写性能高。
  • 因此出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。
  • Java的NIO库允许Java程序使用直接内存，用于数据缓冲区。
    
    读写文件需要与磁盘交互，需要由用户态切换到内核态，在内核态时，需要内存上图的操作。这里需要两份内存存储重复数据，效率低。

使用NIO ,操作系统划出的直接缓存区可以被Java代码直接访问，只有一份，NIO适合对大文件的读写操作。

• 直接内存也可能导致OutofMemoryError异常。
• 由于直接内存在Java堆外，因此它的大小不会直接受限于-Xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于系统能给出的最大内存。
  缺点：
• 分配回收成本较高
• 不受JVM内存回收管理

直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置，如果不指定，默认与堆的最大值-Xmx参数值一致。

Java process memory= Java heap + native memory