JAVA虛擬機器（JVM）劃重點 第二章 Java記憶體區域與記憶體溢位異常 之 虛擬機器物件
本部落格參考《深入理解Java虛擬機器》（第二版）一書，提取重點知識，再加以個人的理解編寫而成。轉載請標明來源。
JAVA虛擬機器（JVM）劃重點 第二章 Java記憶體區域與記憶體溢位異常 之 虛擬機器物件
Java物件的建立
1、類載入過程
虛擬機器遇到一個new指令時，首先檢查這個指令的引數能否在常量池中定位到一個類的符號引用，並且檢查這個符號引用代表的類是否已被載入、解析和初始化過。若沒有，則進行類載入過程。
2、分配記憶體
在類載入檢查通過後，虛擬機器將為新生物件分配記憶體，物件所需的記憶體的大小在類載入後是完全確定的。所以這一步意味著在Java堆中劃出固定大小的記憶體分配給新生物件。記憶體分配有一下兩種方式：
- 指標碰撞：這種方式的前提是Java堆記憶體是規整的，即用過的記憶體放一邊，空閒的記憶體放另一邊，中間有個指標作為界限，分配記憶體時只需要把指標向空閒的一邊移動物件所需的大小即可。
- 空閒列表：如果Java堆中的記憶體並不規整，即已使用的記憶體和空閒的記憶體相互交錯，就無法進行指標碰撞了，虛擬機器必須維護一個列表，記錄哪些記憶體是空閒的，分配時從列表中找一塊足夠大的空間劃分給物件例項，並更新列表上的記錄。
至於選擇哪種分配方式，主要取決於Java堆是否規整，而Java堆是否規整又取決於垃圾收集器是否有壓縮整理的功能。
對記憶體的分配同時還要考慮併發情況下的執行緒安全問題，可能正在給物件A分配記憶體，指標還沒來得及修改，物件B又同時使用了原來的指標分配記憶體。針對這種情況有兩種方案：
- 採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性。
- 把記憶體分配的動作按照執行緒劃分在不同的空間中進行。即每個執行緒在Java堆中預先分配一小塊記憶體，成為本地執行緒分配緩衝（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）。哪個執行緒要分配記憶體，就在哪個執行緒的TLAB上分配，只有TLAB用完並分配新的TLAB時，才需要同步鎖定。
3、記憶體初始化
記憶體分配完成後，虛擬機器需要將分配到的記憶體空間都初始化為零值（不包括物件頭）。如果使用了TLAB，則這一工作也可以提前至TLAB分配時進行。
這一操作保證了物件的例項欄位在Java程式碼中可以不賦初值就能直接使用，程式能訪問到這些欄位的資料型別所對應的零值。
4、物件設定
接下來，虛擬機器對物件進行必要的設定
- 這個物件是哪個類的例項
- 如何找到類的元資料資訊
- 物件的雜湊碼
- 物件的GC分代年齡
- ……
這些資訊存放在物件的物件頭之中，根據虛擬機器當前的執行狀態的不同，如是否使用偏向鎖等，物件頭會有不同的設定方式。
5、執行方法
一般來說，執行new指令之後會接著執行方法，把物件按照程式設計師的意願進行初始化，這樣一個真正可用的物件才算
物件的記憶體佈局
物件在記憶體中的儲存佈局可以分為三個區域：物件頭（Header）、例項資料（Instance Data）和對齊填充（Padding）。
1、物件頭
物件頭分為兩部分資訊
- 儲存物件自身的執行時資料：雜湊碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標誌、執行緒持有的鎖、偏向執行緒ID、偏向時間戳等，這部分資料的長度在32位和64位的虛擬機器（未開啟壓縮指標）中分別為32bit和64bit，官方稱為“Mark Word”。考慮到虛擬機器的空間效率，Mark Word被設計成一個非固定的資料結構，以便在極小的空間記憶體儲存儘量多的資訊。舉例說明一下，在32位的HotSpot虛擬機器中，如果物件屬於未被鎖定的狀態下，Mark Word的32bit空間中，25bit儲存物件的雜湊碼，4bit儲存物件的分代年齡，2bit用於儲存鎖標誌位，1bit固定為0。而在其他狀態（輕量級鎖定、重量級鎖定、GC標記、可偏向），物件的儲存內容的含義不同。希望下圖能幫您理解：
- 物件頭的另一部分是型別指標，即物件指向它的類元資料的指標，虛擬機器通過這個指標類確定這個物件是哪個類的例項。（其實並不是所有的虛擬機器實現都必須在物件資料上保留型別指標，即查詢物件元資料資訊並不一定要經過物件本身）。另外，如果物件是一個Java陣列，那麼在物件頭中還必須有一塊用於記錄陣列長度的資料（虛擬機器可以通過普通Java物件的元資料資訊確定Java物件的大小，但是從陣列的元資料中無法確定陣列的大小）。
2、物件例項資料
儲存物件例項資料
3、對齊填充部分
對齊填充部分並非必須存在。這部分沒有特別的含義，僅起佔位的作用，由於HotSpot虛擬機器的自動記憶體管理系統要求物件起止地址必須是8位元組的整倍數，物件頭部分正好是8位元組整倍數，當例項部分沒有對齊時，就需要佔位補齊。
物件的訪問定位
建立物件就是為了使用物件，Java程式需要通過棧上的reference資料來操作堆上的具體物件。主流的訪問方式有使用控制代碼和直接指標兩種。
- 如果使用控制代碼訪問，Java堆中將會劃分一塊記憶體作為控制代碼池，reference中儲存的就是物件的控制代碼地址，而控制代碼中包含了物件例項資料和型別資料各自的具體地址資訊。
- 如果使用直接指標訪問，那麼Java堆物件的不居中就必須考慮如何放置訪問型別資料的相關資訊，而reference中儲存的就是物件地址。
控制代碼訪問方式優勢：reference中儲存的控制代碼地址是穩定的，在物件被移動（垃圾收集時經常需要移動物件）時只需改變控制代碼中的例項資料指標，而reference本身不需要修改。
直接指標方位方式的優勢：速度更快，節省了一次指標定位的時間開銷。
兩種方式都很常用。