JVM(八)：Java 物件模型
JVM(八)：Java 物件模型
本文將學習物件是如何建立的，物件的記憶體佈局，以及如何定位訪問一個物件。
物件建立
當虛擬機器碰到一個new指令時，首先檢查指令引數能否在常量池中定位一個類的符號引用，並且檢查該符號引用對應的類是否已經被載入，解析和初始化。當一切都確定完成後，JVM就會為其分配記憶體(需要分配的記憶體大小在現在就已經確定，在 下面 中詳細講述)。
物件的記憶體分配方式分為以下兩種：
- 指標碰撞，這種分配方式建立在堆內已用空間和剩餘空間是完整的，這樣的話，在兩者之間放置一個指標作為分界點的指示器即可，在分配空間時，只需要移到一下指標位置就好了。
- 空閒列表，如果 JVM 內的空間不是規整的，那麼就只能採用此方案了。此時 JVM 會維護一個列表，記錄了哪些記憶體塊是可用的，在分配的時候劃一個大小足夠的區域給物件例項，並更新列表即可。
以上兩種方式採取哪種，取決於 Java 堆是否工整，而堆是否工整又取決於垃圾回收演算法是否具有整理功能。
物件模型
前面說到物件在建立時就已經確定了記憶體大小，那麼 JVM 是怎麼確定物件的大小呢？物件在記憶體中又是如何儲存的呢？
在 JVM 中 Java 的物件模型分為以下3塊，物件頭，例項資料，對齊填充，下面就讓我們來分別介紹一下。
物件頭
物件頭的資料包括兩部分。一部分是用於儲存自身執行時資料，這部分資料被官方稱為“Mark World”。其中儲存資料包括Hashcode、GC 分代年齡、鎖狀態標誌、執行緒持有鎖、偏向執行緒ID、偏向時間戳等等。
物件頭的另外一部分是 型別指標，即物件指向其類元資料的指標。通過這個指標，我們就可以知道該例項屬於哪個類。
例項資料
例項資料就是物件真正儲存的有效資訊，也就是程式碼中定義的各種型別的欄位內容，不論是父類的還是子類的，都需要記錄下來。其儲存順序受到虛擬機器分配策略和定義順序影響。
對齊填充
物件填充不是必要資料。在模型中只是起到佔位符的作用。因為 HotSpot 要求物件起始地址必須是8的整數倍，這樣在例項資料達不到要求的時候，就需要通過對齊填充來補齊。
物件訪問
物件訪問的方式是通過引用來定位、訪問。但 JVM 規範並沒有強制要求該通過何種方式使用引用，因此具體實現還是要依賴與具體虛擬機器型別。
不過目前的主流訪問方式就是以下兩種。
- 使用引用。其在 Java 堆中會獨立建立一個控制代碼池，引用指向控制代碼，而控制代碼指向例項資料和型別資料。
使用這種方式來訪問的優點是穩定，例如在 GC 後，例項資料需要移動，那麼只需要修改控制代碼池中的內容即可，reference 指向的是穩定的位置，缺點是這種方式需要二次定位，速度較慢。
- 直接指標訪問，引用直接堆中物件地址，堆中儲存了例項資料和型別資料指標，指標直接指向另外儲存的型別資料。
使用這種方式的優點是訪問例項資料快，因為 reference 指向直接的物件，省去了一次記憶體定位開銷。但缺點就是不夠穩定，在物件移動後，reference 也需要修改值。
具體採用何種，不同的虛擬機器有不同的實現，因為兩者各有千秋，並沒有強烈的優缺點，因此不同情況不同處理即可。
總結
在本文中介紹了物件的本質模型是什麼，以及物件是如何建立和訪問使用的，與上文的 JVM 記憶體模型結合來看，可以讓我們瞭解記憶體洩露產生的原因，有助於高效地理解使用 Java 的自動記憶體管理機制。
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本系列文章主要借鑑自《深入分析 Java Web 技術內幕》和《深入理解 Java 虛擬機器-JVM 高階特性與最佳實踐》。