初学Java虚拟机（三）：虚拟机对象
初学Java虚拟机（一）：Java技术体系
初学Java虚拟机（二）：Java内存区域
初学Java虚拟机（三）：虚拟机对象
初学Java虚拟机（四）：OutOfMemoryError异常
Part II: 自动内存管理机制
第2章 Java内存区域与内存溢出异常
HotSpot虚拟机对象探秘
更进一步了解虚拟机内存中数据的其他细节，譬如它们是如何创建、如何布局以及如何访问的。实用优先，以常用的虚拟机HotSpot和常用的内存区域Java堆为例，深入探讨HotSpot虚拟机在Java堆中对象分配、布局和访问的全过程。
对象的创建
当虚拟机遇到一条含有new的指令时，会进行一系列对象创建的操作：
- 检查该指令的参数是否能在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；
- 若常量池中没有这个类的符号引用，说明这个类还没有被定义！抛出ClassNotFoundException；
- 若常量池中有这个类的符号引用，则进行下一步工作；
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虚拟机为新生对象分配内存，对象所需内存大小在类加载完成后便完全确定，根据Java堆中的内存是否规整分两种分配方式：
- 指针碰撞（Bump the Pointer）：如果JVM的垃圾收集器采用复制算法或标记-整理算法，那么堆中空闲内存是完整的区域，并且空闲内存和已使用内存之间有一个指针标记。那么当为一个对象分配内存时，只需把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。
- 空闲列表（Free List）： 如果JVM的垃圾收集器采用标记-清除算法，那么堆中空闲区域和已使用区域交错，因此需要用一张“空闲列表”来记录堆中哪些区域是空闲区域，从而在创建对象的时候根据这张“空闲列表”找到空闲区域，并分配内存。
综上所述：JVM究竟采用哪种内存分配方法，取决于它使用了何种垃圾收集器。
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另外一个需要考虑的并发下的线程安全问题，有两种方案：
- 分配内存空间的动作进行同步处理—实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；
- 为每个线程分配一小块内存（称为本地线程分配缓冲，TLAB），各个线程独立分配，只有TLAB用完需要分配新的才需要同步锁定，虚拟机通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定；
- 虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头）；这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，程序能访问这些字段的数据类型所对应的零值；
- 虚拟机设置对象的对象头信息，包含对象是哪个类的实例，如何找到类的元数据信息、对象的hash码、对象的GC分代年龄等；
- 执行new指令后会接着执行 < init>方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来；
总结过程：类加载→分配内存→初始化对象→设置对象
对象的内存布局
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）和对齐填充（Padding）。 -
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对象头
- 用于存储对象本身的运行时数据，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；
- 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。此外，如果对象是一个数组，那么对象头中还要包含数组长度。
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实例数据
实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容，它的存储顺序会受到虚拟机分配策略和字段在Java源码中定义顺序的影响； -
对齐填充
对齐填充并不是必然存在的，也没有特殊含义，它仅仅起着占位符的作用。
对象的访问定位
对象访问方式取决于虚拟机实现而定，目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。
- 句柄访问方式
Java堆中将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与类型数据各自的具体地址信息； 直接指针访问方式
reference中存储的直接就是对象地址；
两种对象访问方式的比较：句柄访问的好处是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改；
- 使用直接指针的好处是速度更快，减少了时间开销。Sun HotSpot使用的就是直接指针方式访问的。