关键词:
前言
对于 JVM
运行时区域有了一定了解以后,本文将更进一步介绍虚拟机内存中的数据的细节信息。以JVM
虚拟机(Hotspot
)的内存区域Java
堆为例,探讨Java
堆是如何创建对象、如何布局对象以及如何访问对象的。
正文
(一). 对象的创建
说到对象的创建,首先让我们看看 Java
中提供的几种对象创建方式:
Header | 解释 |
---|---|
使用new关键字 | 调用了构造函数 |
使用Class的newInstance方法 | 调用了构造函数 |
使用Constructor类的newInstance方法 | 调用了构造函数 |
使用clone方法 | 没有调用构造函数 |
使用反序列化 | 没有调用构造函数 |
下面举例说明五种方式的具体操作方式:
Employee.java
1
|
public class Employee implements Cloneable, Serializable
|
1. new关键字
这是最常见也是最简单的创建对象的方式了。通过这种方式,我们可以调用任意的构造函数(无参的和带参数的)。
1
|
Employee emp1 = new Employee();
|
1
|
Employee emp1 = new Employee(name);
|
2. Class类的newInstance方法
我们也可以使用Class
类的newInstance
方法创建对象。这个newInstance
方法调用无参的构造函数创建对象。
-
方式一:
1
Employee emp2 = (Employee) Class.forName("org.ostenant.jvm.instance.Employee").newInstance();
-
方式二:
1
|
Employee emp2 = Employee.class.newInstance();
|
3. Constructor类的newInstance方法
和Class
类的newInstance
方法很像, java.lang.reflect.Constructor
类里也有一个newInstance
方法可以创建对象。我们可以通过这个newInstance
方法调用有参数的和私有的构造函数。其中,Constructor
可以从对应的Class
类中获得。
1
|
Constructor<Employee> constructor = Employee.class.getConstructor();
|
这两种newInstance方法就是大家所说的反射。事实上Class的newInstance方法内部调用Constructor的newInstance方法。
4. Clone方法
无论何时我们调用一个对象的clone
方法,JVM
都会创建一个新的对象,将前面对象的内容全部拷贝进去。用clone
方法创建对象并不会调用任何构造函数。
为了使用clone
方法,我们需要先实现Cloneable
接口并实现其定义的clone
方法。
1
|
Employee emp4 = (Employee) emp3.clone();
|
5. 反序列化
当我们序列化和反序列化一个对象,JVM
会给我们创建一个单独的对象。在反序列化时,JVM
创建对象并不会调用任何构造函数。
为了反序列化一个对象,我们需要让我们的类实现Serializable
接口。
1
|
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
|
本文以new
关键字为例,讲述JVM
堆中对象实例的创建过程如下:
-
当虚拟机遇到一条
new
指令时,首先会检查这个指令的参数能否在常量池中定位一个符号引用。然后检查这个符号引用的类字节码对象是否加载、解析和初始化。如果没有,将执行对应的类加载过程。 -
类加载 完成以后,虚拟机将会为新生对象分配内存区域,对象所需内存空间大小在类加载完成后就已确定。
-
内存分配 完成以后,虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值。
-
虚拟机对对象进行一系列的设置,如所属类的元信息、对象的哈希码、对象GC分带年龄、线程持有的锁 、偏向线程ID 等信息。这些信息存储在对象头 (
Object Header
)。
上述工作完成以后,从虚拟机的角度来说,一个新的对象已经产生了。然而,从Java
程序的角度来说,对象创建才刚开始。
(二). 对象的布局
HotSpot
虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为三块区域:对象头(Header
)、实例数据(Instance Data
)和对齐填充(Padding
)。
对象头
在HotSpot
虚拟机中,对象头有两部分信息组成:运行时数据 和 类型指针。
1. 运行时数据
用于存储对象自身运行时的数据,如哈希码(hashCode)、GC分带年龄、线程持有的锁、偏向线程ID 等信息。
这部分数据的长度在32
位和64
位的虚拟机(暂不考虑开启压缩指针的场景)中分别为32
个和64
个Bit
,官方称它为 “Mark Word”
。
在32位的HotSpot虚拟机中对象未被锁定的状态下,Mark Word的32个Bit空间中的25Bit用于存储对象哈希码(HashCode),4Bit用于存储对象分代年龄,2Bits用于存储锁标志位,1Bit固定为0。
在其他状态(轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向)下对象的存储内容如下表所示:
存储内容 | 标志位 | 状态 |
---|---|---|
对象哈希码、对象分代年龄 | 01 | 未锁定 |
指向锁记录的指针 | 00 | 轻量级锁定 |
指向重量级锁的指针 | 10 | 膨胀(重量级锁定) |
空,不需要记录信息 | 11 | GC标记 |
偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄 | 01 | 可偏向 |
2. 类型指针
指向实例对象的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
如果对象是一个Java
数组,那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据。
实例数据
实例数据 部分是对象真正存储的有效信息,无论是从父类继承下来的还是该类自身的,都需要记录下来,而这部分的存储顺序受虚拟机的分配策略和定义的顺序的影响。
默认分配策略:
long/double -> int/float -> short/char -> byte/boolean -> reference
如果设置了-XX:FieldsAllocationStyle=0
(默认是1
),那么引用类型数据就会优先分配存储空间:
reference -> long/double -> int/float -> short/char -> byte/boolean
结论:
分配策略总是按照字节大小由大到小的顺序排列,相同字节大小的放在一起。
对齐填充
HotSpot
虚拟机要求每个对象的起始地址必须是8
字节的整数倍,也就是对象的大小必须是8
字节的整数倍。而对象头部分正好是8
字节的倍数(32
位为1
倍,64
位为2
倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐的时候,就需要通过对齐填充来补全。
(三). 对象的访问定位
Java
程序需要通过 JVM
栈上的引用访问堆中的具体对象。对象的访问方式取决于 JVM
虚拟机的实现。目前主流的访问方式有 句柄 和 直接指针 两种方式。
指针: 指向对象,代表一个对象在内存中的起始地址。
句柄: 可以理解为指向指针的指针,维护着对象的指针。句柄不直接指向对象,而是指向对象的指针(句柄不发生变化,指向固定内存地址),再由对象的指针指向对象的真实内存地址。
1. 句柄
Java
堆中划分出一块内存来作为句柄池,引用中存储对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据与对象类型数据各自的具体地址信息,具体构造如下图所示:
优势:引用中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针,而引用本身不需要修改。
2. 直接指针
如果使用直接指针访问,引用 中存储的直接就是对象地址,那么Java
堆对象内部的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息。
优势:速度更快,节省了一次指针定位的时间开销。由于对象的访问在Java
中非常频繁,因此这类开销积少成多后也是非常可观的执行成本。
参考
周志明,深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践,机械工业出版社
欢迎关注技术公众号: 零壹技术栈
本帐号将持续分享后端技术干货,包括虚拟机基础,多线程编程,高性能框架,异步、缓存和消息中间件,分布式和微服务,架构学习和进阶等学习资料和文章。
jvm学习十三-(复习)hotspot虚拟机对象探秘
对象的内存布局在HotSpot虚拟机中,对象的内存布局分为以下3块区域:对象头(Header)实例数据(InstanceData)对齐填充(Padding)对象头对象头记录了对象在运行过程中所需要使用的一些数据:哈希码GC分代年龄锁状态标志线程持... 查看详情
jvm学习十三-(复习)hotspot虚拟机对象探秘
对象的内存布局在HotSpot虚拟机中,对象的内存布局分为以下3块区域:对象头(Header)实例数据(InstanceData)对齐填充(Padding)对象头对象头记录了对象在运行过程中所需要使用的一些数据:哈希码GC分代年龄锁状态标志线程持... 查看详情
深入理解jvm:hotspot虚拟机对象探秘
对象的创建java是一门面向对象的语言。在Java程序执行过程中无时无刻有Java对象被创建出来。在语言层面上,创建对象(克隆、反序列化)一般是一个newkeyword而已,而在虚拟机中,对象的创建步骤例如以下:1、当虚拟机遇到new... 查看详情
jvm系列-jvm类加载机制详解(代码片段)
前言本文将由浅及深,介绍Java类加载的过程和原理,进一步对类加载器的进行源码分析,完成一个自定义的类加载器。正文(一).类加载器是什么类加载器简言之,就是用于把.class文件中的字节码信息转化为具体的java.lang.Class对... 查看详情
jvm系列-jvm总体概述(代码片段)
前言JVM是JavaVirtualMachine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息,使Java程序只需生成在Ja... 查看详情
jvm探秘5---jvm监控命令大全
jps命令---查看JVM进程状况格式为:jps [options][hostid]功能描述:jps是用于查看有权访问的hotspot虚拟机的进程.当未指定hostid时,默认查看本机jvm进程,否者查看指定的hostid机器上的jvm进程,此时hostid所指机器必须开启jstatd服务。j... 查看详情
jvm系列之:string.intern和stringtable(代码片段)
目录简介intern简介intern和字符串字面量常量分析intern返回的String对象分析实际的问题G1中的去重功能总结简介StringTable是什么?它和String.intern有什么关系呢?在字符串对象的创建过程中,StringTable有起到了什么作用呢?一切的答... 查看详情
jvm系列-jvm垃圾回收器(代码片段)
前言在之前的几篇博客中,我们大致介绍了,常见的 垃圾回收算法 及 JVM 中常见的分类回收算法。这些都是从算法和规范上分析 Java 中的垃圾回收,属于方法论。在 JVM 中,垃圾回收的具体实现是... 查看详情
jvm系列-jvm线上监控工具(代码片段)
前言通过上一篇的 JVM 垃圾回收知识,我们了解了 JVM 具体的 垃圾回收算法 和几种 垃圾回收器。理论是指导实践的工具,有了理论指导,定位问题的时候,知识和经验是关键基础,数据可以为我们提供... 查看详情
05-jvm对象探秘
一、对象的内存布局 以Hotspot虚拟机为例,对象在内存中的结构可以分为三部分:对象头(header)、实例数据(instancedata)、对齐填充(padding)。1.1.对象头 对象头的结构大体相似,但... 查看详情
jvm系列-jvm内存区域详解(代码片段)
前言JVM内存区域包括 PC计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区、运行时常量池和 直接内存。本文主要介绍各个内存区域的作用和特性,同时分别阐述各个区域发生内存溢出的可能性和异常类型。正文(一).JVM内存... 查看详情
深入理解java虚拟机:jvm内存管理与垃圾收集理论(代码片段)
....直接内存(我理解就是堆外内存吧)HotSpot虚拟机对象探秘1.对象的创建2.对象的内存布局对象头实例数据对齐填充3.对象的访问定位实战:OutOfMemoryError异常 查看详情
jvm系列四:类加载(代码片段)
类的生命周期加载-》验证-》准备-》解析-》初始化-》使用-》卸载 类加载过程类加载包括以上的前五个过程:加载,验证,准备,解析,初始化加载1、主要完成三个工作通过类的完全限定名称来定位定义该类的二进制字节... 查看详情
jvm系列之class初始化过程(代码片段)
概述一个class文件被加载到内存中需要经过三大步:装载、链接、初始化。其中链接又可以细分为:验证、准备、解析三小步。如图所示:装载装载是指JVM找到class文件生成字节流,然后根据字节流创建java.lang.Class... 查看详情
jvm系列之jmm内存模型(代码片段)
java内存划分JMM规定了内存主要划分为主内存和工作内存两种。此处的主内存和工作内存跟JVM内存划分(堆、栈、方法区)是在不同的层次上进行的,如果非要对应起来,主内存对应的是Java堆中的对象实例部分ÿ... 查看详情
jvm调优-jmap(代码片段)
Java命令学习系列(三)——Jmap2015-05-16分类:Java阅读(17065)评论(9)阿里大牛珍藏架构资料,点击链接免费获取Jmapjmap是JDK自带的工具软件,主要用于打印指定Java进程(或核心文件、远程调试服务器)的共享对象内存映射或堆内... 查看详情
jvm源码系列:jvm内部运行之class的method(代码片段)
1.Class的属性在JVM中,通常一个class会初始化成Klass(接口),InstanceKlass(实例),Method(方法), ConstantsPool(常量区)在上图我们可以看到一个大概的Method,ConstantsPool,InstanceKlass之间的关系Inst... 查看详情
jvm关于jvm,你需要掌握这些|一文彻底吃透jvm系列(代码片段)
写在前面最近,一直有小伙伴让我整理下关于JVM的知识,经过十几天的收集与整理,初版算是整理出来了。希望对大家有所帮助。JDK是什么?JDK是用于支持Java程序开发的最小环境。Java程序设计语言Java虚拟机JavaAPI... 查看详情