专栏首页星月小站Java对象的结构与对象在内存中的结构

Java对象的结构与对象在内存中的结构

对象的创建过程

当我们在Java中使用new这个指令创建一个对象的时候,对象的创建到底经过了什么样的一个过程呢?

下面使用伪代码来表示实例化一个对象:

Class A {
	int m = 8;
}

A a = new A();

这段代码在堆内存中创建了一个对象,其具体的执行汇编码主要是以下几步:

0 new #2 <A>
3 dup
4 invokespecial #3 <A.<init>>
7 astore_1
8 return

其中核心步骤有:

  • 0 new #2 <A>:申请内存空间,开辟堆内存。
  • 4 invokespecial #3 <A.<init>>:执行A的初始化方法,即构造方法。
  • 7 astore_1:将变量a和新创建的对象建立关联(引用指向内存)。

这其中可以发现,当我们在堆内存中开辟内存时,还没有执行A的构造函数,也就是说此时内存中的相关对象并没有进行赋值操作。这就叫做对象的半初始化,以前文的代码为例,当执行到创建对象,开辟内存空间的这一步操作时,a对象的内存空间中虽然会出现一个m对象,但由于还没有执行类的构造函数,这个对象就不会被赋值,默认值为0。

整个对象创建过程的流程图如下图:

DCL与volatile

了解了对象的创建过程,下面举一个与对象创建步骤息息相关的操作例子。

在单例模式中,有一个很常用的单例模式叫做“懒汉式”单例模式,也叫作双重检查锁单例模式,英文缩写为DCL。

早期JVM中同步开销巨大,为了降低单例模式中同步的开销,于是优化出了这种只对核心代码块使用锁来降低加锁开销。其代码如下:

public class DoubleCheckedSingle {
	// 私有实例对象
	private volatile static DoubleCheckedSingle instance;
	// 私有构造函数,防止直接new
	private DoubleCheckedSingle() {}
	// 获取单例对象
	public static DoubleCheckedSingle getInstance() {
		// 第一次检测
		if (instance == null) {
			// 添加同步锁,防止多个线程同时实例
			synchronized (DoubleCheckedSingle.class) {
				if (instance == null) {
					instace = new DoubleCheckedSingle();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

在DCL单例中,对私有的成员变量使用了volatile关键字进行了修饰,这一步是DCL线程安全的关键。

volatile关键字主要有两个作用:一是可以用来对数据进行轻量级线程同步,二是可以禁止指令重排序

指令重排序是什么呢?就是CPU可能并不会按照代码指定的顺序来运行你的代码,如果两个指令之间没有因果关系,CPU可能会打乱执行顺序,比如前文中的对象初始化过程,如果发生了指令重排序就会变成下面这种顺序:

  • 0 new #2 <A>:申请内存空间,开辟堆内存。
  • 7 astore_1:将变量a和新创建的对象建立关联(引用指向内存)。
  • 4 invokespecial #3 <A.<init>>:执行A的初始化方法,即构造方法。

其执行过程如下图所示,会先将变量与对象完成连接,然后才执行构造方法为其赋值:

假设我们没有使用volatile关键字,当两个线程同时想要获取单例时,可能会发生什么?根据上一节我们讲述的对象创建的步骤,如果没有volatile关键字,可能会由于指令重排序,导致发生B线程拿到A线程半初始化的对象。其过程如下:

所以,在DCL单例模式中,volatile是不可缺少的一个关键修饰,它保证了多线程情况下单例模式的安全。

对象在堆内存中的存储布局

这里的对象指的是普通对象,一个对象在内存中的存储布局分为三个部分:对象头(Object Header)、实例数据(instance data)和对齐(padding)。其中,对象头又分为markword和class pointer。其内存布局如下图所示:

对象头(Object Header)里具体包括什么

  • markword:markword是对象头的第一个部分,一共8个字节,其中主要存储了三部分内容:锁信息、GC信息和HashCode
    • 锁信息:给对象上锁,实际上就是修改对象的markword中对应的值。
    • GC信息:markword中有4位用来存储对象的年龄信息
  • class pointer:指向对象的类信息的指针,64位虚拟机默认使用压缩指针,占4个字节(64位正常是8个字节)。当内存大小超过32G,指针将不再压缩,大小变为8个字节。

对象在内存中是怎么定位的

在HotSpot中,对象使用直接指针的方式进行定位,即变量直接指向对象实例在堆中的地址:

在对象定位的方法中,还有另外一种方法为——句柄方式:变量指向内存中的一组指针,这一组指针分别指向对象实例地址和对象类型信息等。其结构图如下:

句柄方式虽然没有直接指针寻址快,但是句柄方式有一个优点:在GC回收时,如果产生了整理或者复制等动作,对象的内存地址会发生改变,句柄方式不需要改变a的值,因为其永远指向句柄池。

对象在内存中的空间分配过程

对象从new出来开始,到被GC回收,其在内存中的空间分配过程主要如下:

  • new一个新对象的时候,首先JVM判断该对象是否能进行栈上分配。判断是否能栈上分配需要通过逃逸分析标量替换
    • 如果对象进行了栈上分配,当方法执行结束,栈帧弹出的时候,对象的生命周期就结束了,不需要GC的回收。
  • 如果该对象无法进行栈上分配,JVM就判断该对象是否是大对象,如果该对象大小超过阈值,就会直接分配进老年代的内存空间中。
    • 如果对象直接进入老年代,那么只能在Marjor GC或者Full GC时才可能被清理,生命周期结束。
  • 如果该对象也不是特别大,那么该对象就会按照正常情况被分配进TLAB(线程本地缓存区)中,当然TLAB是位于年轻代中的Eden区中,每一个线程都有自己的一块私有区域。如果TLAB被禁用或者装不下,就直接放进Eden区中。
    • Eden区中的对象大部分是朝生夕灭的,在经历Minor GC或者Full GC之后,被清理的对象生命周期就结束了。Eden区中幸存的对象年龄会+1,然后被放进一个surivor区中,如果surivor区放不下,放不下的对象就会由担保机制转移至老年代中。
    • 当年轻代幸存对象的年龄达到阈值,就会被转移至老年代。

整个过程的流程图如下:

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • Java后端面试学习知识总结——GC

    JVM之所以能够自动回收内存,是因为JVM的开发人员使用了一些垃圾回收算法,来让JVM自己判断哪些对象可以回收,哪些对象不可以回收。

    星如月勿忘初心
  • Spring框架源码分析(IoC):Resource、ResourceLoader和容器之间的关系

    Resource接口定义了资源常见的操作,抽象出了一些通用方法,再由不同的实现类去自定义。直接上Resource源码:

    星如月勿忘初心
  • Java后端面试学习知识总结——JVM

    JVM就是Java虚拟机,Java的跨平台机制就是建立在强大的Java虚拟机的基础上。Java是一种先编译后解释型的语言,当我们写了一段Java代码,在运行之前...

    星如月勿忘初心
  • JVM系列十五(对象分配注意项).

    这个几乎不用解释,减少了内存的使用量,自然就减少 GC 回收时的压力,同时降低了内存碎片与 CPU 的使用量。在设计对象时,应仔细检查并问自己:

    JMCui
  • 领域驱动设计-软件中的对象

    软件中的对象 About DOMAIN-DRIVEN DESIGN 领域驱动设计是一种思维方式,目的在于处理具有复杂问题的软件项目。在传统的瀑布软件开发模型中,...

    知然
  • JavaScript之对象学习

    对象是一种非常重要的数据类型,他是一种自包含的数据集合,包含在对象里面的数据可以通过属性和方法两种形式来访问; 1.属性是隶属于某个特定对象的变量; 2.方法是...

    郑小超.
  • 深入理解JVM(三)——垃圾收集策略详解

    Java虚拟机的内存模型分为五个部分,分别是:程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区。 这五个区域既然是存储空间,那么为了避免Java虚拟机在运行...

    大闲人柴毛毛
  • 《Head First 设计模式》笔记

    软件开发的一个不变真理:不管当初软件设计得多好,一段时间后,总是需要成长与改变,否则软件就会“死亡”。

    谛听
  • MAT内存分析工具使用

    itliusir
  • python传参是传值还是传引用

    在此之前先来看看变量和对象的关系:Python 中一切皆为对象,数字是对象,列表是对象,函数也是对象,任何东西都是对象。而变量是对象的一个引用(又称为名字或者标...

    用户1679793

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券