深入理解Java虛擬機器筆記–虛擬機器中物件的建立

        Java是一門面向物件的程式語言，在Java程式執行過程中無時無刻都有物件被創建出來。在語言層面上，建立物件（例如克隆、反序列化）通常僅僅是一個new關鍵字而已，而在虛擬機器中，物件（文中討論的物件限於普通Java物件，不包括陣列和Class物件等）的建立又是怎樣一個過程呢？         虛擬機器遇到一條new指令時，首先將去檢查這個指令的引數是否能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經被載入、解析和初始化過。如果沒有，那必須先執行相應的類載入過程。         在類載入檢查通過後，接下來虛擬機器將為新生物件分配記憶體。物件所需記憶體的大小在類載入完成後便可完全確定，為物件分配空間的任務等同於把一塊確定大小的記憶體從Java堆中劃分出來。假設Java堆中記憶體是絕對規整的，所有用過的記憶體都放在一邊，空閒的記憶體放在另一邊，中間放著一個指標作為分界點的指示器，那所分配記憶體就僅僅是把那個指標向空閒空間那邊挪動一段與物件大小相等的距離，這個分配方式稱為“指標碰撞

”（Bump the Pointer）。如果Java堆中的記憶體並不是規整的，已使用的記憶體和空閒的記憶體相互交錯，那就沒有辦法簡單地進行指標碰撞了，虛擬機器就必須維護一個列表，列表上記錄哪些記憶體塊是可用的，在分配的時候從列表上找到一塊足夠大的記憶體塊分配給物件例項，並更新列表記錄，這種分配方式稱為“空閒列表”（free list）。選擇哪種方式是由java堆是否規整決定的，而Java堆是否規整又是由所採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定的。因此，在使用Serial、PerNew等帶有Compact過程的收集器時，系統採用的分配演算法是指標碰撞，而使用CMS這種基於Mark-Sweep演算法的收集器時，通常採用空閒列表。         除如何劃分可用空間之外，還有另外一個需要考慮的問題是物件建立在虛擬機器中是非常頻繁的行為，即使是隻修改一個指標所指向的位置，在併發情況下也並不是安全的，可能出現正在給物件A分配記憶體，指標還沒來得及修改，物件B又同時使用原來的指標分配了記憶體。解決這種問題有兩種方案：一是對分配記憶體空間的動作進行同步處理–實際上虛擬機器採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性；另一種是把記憶體分配的動作按照執行緒劃分在不同的空間之中進行，即每個執行緒在Java堆中預先分配一小塊記憶體，稱為本地執行緒分配快取（Thread Local Allocation Buffer, TLAB），哪個執行緒需要分配記憶體，就在哪個執行緒的TLAB上分配，只有TLAB用完並重新分配新的TLAB時，才需要同步鎖定。虛擬機器是否使用TLAB，可以通過-XX:+/-UseTLAB引數來設定。         記憶體分配完之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TLAB，這一工作過程也可以提前至TLAB分配時進行。這一操作保證了物件例項欄位在Java程式碼中可以不賦初始值就直接使用，程式能訪問到這些欄位的資料型別所對應的零值。         接下來，虛擬機器要對物件進行必要的設定，例如這個物件是哪個物件的例項、如何才能找到類的元資料資訊、物件的雜湊碼、物件的GC分代年齡等資訊。這些資訊存放在物件的物件頭（Object Header）之中。根據虛擬機器當前執行的狀態不同，如是否啟用偏向鎖等，物件頭會有不同的設定方式。         在上面的工作都完成之後，從虛擬機器的視角來看，一個虛擬機器物件已經產生了，但從Java程式的視角來說，物件建立才剛剛開始–方法還沒有執行、所有欄位還是零值。所以一般來說（由位元組碼中是否跟隨invokespecial指定所決定），執行完new指令後會接著執行方法，把物件按照程式設計師的意向進行初始化，這樣一個真正可用的物件才算完全產生出來。