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你有认真了解过自己的 “Java 对象”吗

2024-12-11 19:23

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我们从四个方面重新认识下自己的“对象”

  1. 创建对象的 6 种方式
  2. 创建一个对象在 JVM 中都发生了什么
  3. 对象在 JVM 中的内存布局
  4. 对象的访问定位

一、创建对象的方式

这是创建一个对象最通用、常规的方法,同时也是最简单的方式。通过使用此方法,我们可以调用任何要调用的构造函数(默认使用无参构造函数)

  1. Person p = new Person(); 
  1. //获取类对象 
  2. Class aClass = Class.forName("priv.starfish.Person"); 
  3. Person p1 = (Person) aClass.newInstance(); 
  1. Class aClass = Class.forName("priv.starfish.Person"); 
  2. //获取构造器 
  3. Constructor constructor = aClass.getConstructor(); 
  4. Person p2 = (Person) constructor.newInstance(); 

深拷贝,需要实现 Cloneable 接口并实现 clone(),不调用任何的构造器

  1. Person p3 = (Person) p.clone(); 

通过序列化和反序列化技术从文件或者网络中获取对象的二进制流。

每当我们序列化和反序列化对象时,JVM 会为我们创建了一个独立的对象。在 deserialization 中,JVM 不使用任何构造函数来创建对象。(序列化的对象需要实现 Serializable)

  1. //准备一个文件用于存储该对象的信息 
  2. File f = new File("person.obj"); 
  3. FileOutputStream fos = new FileOutputStream(f); 
  4. ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos); 
  5. //序列化对象,写入到磁盘中 
  6. oos.writeObject(p); 
  7. //反序列化 
  8. FileInputStream fis = new FileInputStream(f); 
  9. ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis); 
  10. //反序列化对象 
  11. Person p4 = (Person) ois.readObject(); 

Java已经支持通过 Class.newInstance() 动态实例化 Java 类,但是这需要Java类有个适当的构造器。很多时候一个Java类无法通过这种途径创建,例如:构造器需要参数、构造器有副作用、构造器会抛出异常。Objenesis 可以绕过上述限制

二、创建对象的步骤

这里讨论的仅仅是普通 Java 对象,不包含数组和 Class 对象(普通对象和数组对象的创建指令是不同的。创建类实例的指令:new,创建数组的指令:newarray,anewarray,multianewarray)

1. new指令

虚拟机遇到一条 new 指令时,首先去检查这个指令的参数是否能在 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被加载、解析和初始化过(即判断类元信息是否存在)。如果没有,那么须在双亲委派模式下,先执行相应的类加载过程。

2. 分配内存

接下来虚拟机将为新生代对象分配内存。对象所需的内存的大小在类加载完成后便可完全确定。如果实例成员变量是引用变量,仅分配引用变量空间即可,即 4 个字节大小。分配方式有“指针碰撞(Bump the Pointer)”和“空闲列表(Free List)”两种方式,具体由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

 

 

 

 

我们都知道堆内存是线程共享的,那在分配内存的时候就会存在并发安全问题,JVM 是如何解决的呢?

一般有两种解决方案:

这里值得注意的是,我们说 TLAB 是线程独享的,只是在“分配”这个动作上是线程独占的,至于在读取、垃圾回收等动作上都是线程共享的。而且在使用上也没有什么区别。另外,TLAB 仅作用于新生代的 Eden Space,对象被创建的时候首先放到这个区域,但是新生代分配不了内存的大对象会直接进入老年代。因此在编写 Java 程序时,通常多个小的对象比大的对象分配起来更加高效。

虚拟机是否使用 TLAB 是可以选择的,可以通过设置 -XX:+/-UseTLAB 参数来指定,JDK8 默认开启。

3. 初始化

内存分配完成后,虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头),这一步操作保证了对象的实例字段在 Java 代码中可以不赋初始值就直接使用,程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。如:byte、short、long 转化为对象后初始值为 0,Boolean 初始值为 false。

4. 对象的初始设置(设置对象的对象头)

接下来虚拟机要对对象进行必要的设置,例如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(Object Header)之中。根据虚拟机当前的运行状态的不同,如对否启用偏向锁等,对象头会有不同的设置方式。

5.方法初始化

 

在上面的工作都完成了之后,从虚拟机的角度看,一个新的对象已经产生了,但是从 Java 程序的角度看,对象创建才刚刚开始,方法还没有执行,所有的字段都还为零。初始化成员变量,执行实例化代码块,调用类的构造方法,并把堆内对象的地址赋值给引用变量。

所以,一般来说,执行 new 指令后接着执行 init 方法,把对象按照程序员的意愿进行初始化(应该是将构造函数中的参数赋值给对象的字段),这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

三、对象的内存布局

在 HotSpot 虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为 3 块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)、对其填充(Padding)。

对象头

HotSpot 虚拟机的对象头包含两部分信息。

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。

元数据:描述数据的数据。对数据及信息资源的描述信息。在 Java 中,元数据大多表示为注解。

实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中定义的各种类型的字段内容,无论从父类继承下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来。这部分的存储顺序会受虚拟机默认的分配策略参数和字段在 Java 源码中定义的顺序影响(相同宽度的字段总是被分配到一起)。

规则:

对齐填充

对齐填充部分并不是必然存在的,也没有特别的含义,它仅仅起着占位符的作用。由于 HotSpot VM 的自动内存管理系统要求对象的起始地址必须是 8 字节的整数倍,也就是说,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(1倍或者2倍),因此,当对象实例数据部分没有对齐时,就需要通过对齐填充来补全。

我们通过一个简单的例子加深下理解

  1. public class PersonObject { 
  2.     public static void main(String[] args) { 
  3.         Person person = new Person(); 
  4.     } 
  5. public class Person { 
  6.     int id = 1008; 
  7.     String name
  8.     Department department; 
  9.     { 
  10.         name = "匿名用户";   //name赋值为字符串常量 
  11.     } 
  12. public class Department { 
  13.     int id; 
  14.     String name

 

 

四、对象的访问定位

我们创建对象的目的,肯定是为了使用它,那 JVM 是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内存的对象实例呢?

由于 reference 类型在 Java 虚拟机规范里只规定了一个指向对象的引用,并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位,以及访问到 Java 堆中的对象的具体位置,因此不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同,主流的访问方式有两种:

如果使用句柄访问方式,Java堆中会划分出一块内存来作为句柄池,reference中存储的就是对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。使用句柄方式最大的好处就是reference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reference本身不需要被修改。

 

 

如果使用该方式,Java堆对象的布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,reference中直接存储的就是对象地址。使用直接指针方式最大的好处就是速度更快,他节省了一次指针定位的时间开销。

 

 

参考:

 

来源:JavaKeeper内容投诉

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