对象的创建、内存布局和访问定位

1. 对象创建

在开发使用时，创建 Java 对象仅仅只是是通过关键字new：

1	A a = new A()；

可是 Java对象在虚拟机中创建则是相对复杂。今天，我将详解Java对象在虚拟机中的创建过程

限于普通对象，不包括数组和Class对象等

1.1 创建过程

当遇到关键字new指令时，Java对象创建过程便开始，整个过程如下：

Java对象创建过程

下面我将对每个步骤进行讲解。

步骤1：类加载检查

检查该new指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用
检查该类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，需要先执行相应的类加载过程

关于类加载请看文章：

步骤2：为对象分配内存

虚拟机将为对象分配内存，即把一块确定大小的内存从 Java 堆中划分出来

对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定

关于分配内存，此处主要讲解内存分配方式
内存分配根据 Java堆内存是否绝对规整 分为两种方式：指针碰撞 & 空闲列表

Java堆内存规整：已使用的内存在一边，未使用内存在另一边

Java堆内存不规整：已使用的内存和未使用内存相互交错

示意图

方式1：指针碰撞

假设Java堆内存绝对规整，内存分配将采用指针碰撞
分配形式：已使用内存在一边，未使用内存在另一边，中间放一个作为分界点的指示器

正常状态

那么，分配对象内存 = 把指针向未使用内存移动一段与对象大小相等的距离

分配内存空间

方式2：空闲列表

假设Java堆内存不规整，内存分配将采用空闲列表
分配形式：虚拟机维护着一个记录可用内存块的列表，在分配时从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录

额外知识

分配方式的选择取决于 Java堆内存是否规整；
而Java堆是否规整由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。因此：
1. 使用带 Compact 过程的垃圾收集器时，采用指针碰撞；

如Serial、ParNew垃圾收集器

使用基于 Mark_sweep算法的垃圾收集器时，采用空闲列表。

如 CMS垃圾收集器

特别注意

对象创建在虚拟机中是非常频繁的操作，即使仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也会引起线程不安全

如，正在给对象A分配内存，指针还没有来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存

所以，给对象分配内存会存在线程不安全的问题。

解决线程不安全有两种方案：

同步处理分配内存空间的行为

虚拟机采用 CAS + 失败重试的方式 保证更新操作的原子性

把内存分配行为按照线程划分在不同的内存空间进行

即每个线程在 Java堆中预先分配一小块内存（本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer ，TLAB）），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时才需要同步锁。

虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。

步骤3：将内存空间初始化为零值

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间初始化为零（不包括对象头）

保证了对象的实例字段在使用时可不赋初始值就直接使用（对应值 = 0）

如使用本地线程分配缓冲（TLAB），这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。

步骤4：对对象进行必要的设置

如，设置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。

这些信息存放在对象的对象头中。

至此，从 Java 虚拟机的角度来看，一个新的 Java对象创建完毕
但从 Java 程序开发来说，对象创建才刚开始，需要进行一些初始化操作。

总结

下面用一张图总结 Java对象创建的过程

示意图

2. 对象的内存布局

问题：在 Java 对象创建后，到底是如何被存储在Java内存里的呢？（美团面试题）
答：在Java虚拟机（HotSpot）中，对象在Java
内存中的存储布局可分为三块：
1. 对象头存储区域
  1. 运行时数据（Mark Word）
  2. 对象类型指针（KP）
2. 实例数据存储区域
3. 对齐填充存储区域

2.1 对象头区域

此处存储的信息包括两部分：

对象自身的运行时数据（Mark Word）

如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等

该部分数据被设计成1个非固定的数据结构以便在极小的空间存储尽量多的信息（会根据对象状态复用存储空间）

64位默认占据8个字节

对象类型指针

即对象指向它的类元数据的指针

虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例

.64位默认占据4个字节

特别注意

如果对象是数组，那么在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据

因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定对象的大小，但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。

2.2 实例数据区域

存储的信息：对象真正有效的信息

即代码中定义的字段内容

注：这部分数据的存储顺序会受到虚拟机分配参数（FieldAllocationStyle）和字段在Java源码中定义顺序的影响。

// HotSpot虚拟机默认的分配策略如下：
longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oop(Ordinary Object Pointers)
// 从分配策略中可以看出，相同宽度的字段总是被分配到一起
// 在满足这个前提的条件下，父类中定义的变量会出现在子类之前
 
CompactFields = true；
// 如果 CompactFields 参数值为true，那么子类之中较窄的变量也可能会插入到父类变量的空隙之中。