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Java虚拟机--对象的建立你的对象如何创建?

你的对象如何创建?

Java是一门面向对象的编程语言,在Java程序中,我们做的最多一件事,就是new对象,在程序运行过程中,无时无刻都有对象被创建出来。

在实际开发过程中,有很多行为可以引起对象的创建,最直接最常用的就是使用new关键字来进行创建,这种方式在Java规范中被称为:由执行类实例创建表达式而引起的对象创建。

那么,对于虚拟机来说,对象的创建会经历怎么样的过程呢?

内存分配

上篇文章,笔者阐述了类加载的过程,本篇中我们来谈谈类的实际使用,也就是对象的创建阶段。

在Java程序中,类通常是用new的形式来使用。当虚拟机遇到了一条new指令时,会在常量池中检查该类的符号引用是否能存在,并检查该类否已经被加载、解析、初始化过。如果没有,则进行类加载操作,也就是我们上一篇文章所说的流程。

在类加载检查通过后,就会去Java虚拟机堆中分配内存。在堆中分配内存包含两种方式,分别为“指针碰撞”和“空闲列表”。

指针碰撞:Java虚拟机堆中内存规整,所有使用过的内存放在一块,未使用的放在另一块,在则两者之间使用指针作为分界点,当实际分配内存时候就移动该指针的位置,把指针向空闲的区域移动一段,移动的距离与所创建对象的大小相等,这种分配方式称之为“指针碰撞”。

空闲列表:实现上面的前提是Java虚拟机堆内存规整,而空闲列表的实现场景是内存不规整,已使用过的和未使用过的交替存在,当有对象要来分配时,无法通过移动指针形式来进行分配,此时虚拟机必须维护一个列表----记录哪块内存是可用、哪块是不可用,在分配的时候就来查询此列表,看哪块内存区域可用,找到后将此内存区域分配给对象实例,并更新列表记录,这就是“空闲列表”。

话说回来,到底使用哪种分配方式主要取决于Java虚拟机的垃圾回收器。当使用Serial、ParNew等带压缩功能的垃圾回收器时,使用的是指针碰撞;当使用CMS这种标记算法的垃圾回收器时,通常使用空闲列表。

看了上面的描述,你可以会产生一个疑问?并发情况下,如何保证数据的安全,总不能一块区域,被多次覆盖吧,那我的数据岂不是就丢了?会不会出现Java虚拟机正在给A对象分配内存,指针还没来得及修改,B对象又在相同位置做同样的指针移动呢?

在虚拟机的实现中,同样有2种方式来实现:

一种是使用CAS机制来实现分配操作,如果分配的时候失败,则一直重试。

一种是TLAB,即把内存分配按照不同的线程划分在不同的Java虚拟机堆空间中进行,
说简单点就是为每个线程预先在堆中分配一块内存空间,
这样的空间我们称之为本地线程分配缓冲(TLAB),当有对象进行内存分配时,
就在该对象所属的线程中进行分配,因为每一个线程的执行是同步的,所以不会出现并发修改的情况。

在对象内存分配完毕后,虚拟机将此内存区域置为零值,零值是什么,回看类加载阶段中的“准备”。这一步的目的是为了保证对象实例可以不被赋值即可使用。接下来,Java虚拟机还需要对对象的对象头进行一系列信息设置,对象头会单独列出一章进行说明。

经过上面的流程后,一个对象产生了,但这只是对Java虚拟机来说的。从程序员的角度来看,对象的创建才刚刚开始,构造方法还未执行,对象还没有进行初始化操作。

下面,就简单的说说对象的初始化。

对象的初始化

在Java对象初始化过程中,主要涉及三种初始化,分别是实例变量初始化、实例代码块初始化以及构造函数初始化。

实例变量初始化

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我们在定义(声明)实例变量的同时,可以直接对实例变量进行赋值。这种方式为实例变量进行初始化,会在构造函数执行之前完成实例变量的初始化操作。

实例代码块初始化

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从测试结果来看,当构造函数执行之前就会完成实例代码块的初始化操作。

但是,在通过查看编译后的.class文件时,我们发现示例代码块中的内容被编译到了构造函数中,所以说不存在谁先谁后。

lQo92vZ.png

需要注意的是,Java是按照编程顺序来执行实例变量初始化和实例代码块中的代码,不允许顺序靠前的实例代码块初始化在其后面定义的实例变量,比如:

image

构造函数初始化

众所周知,每一个Java对象都至少包含一个构造函数,如果我们没有显式声明,编译器会自动生成一个默认无参构造。在编译后的字节码中,构造函数会被命名成<init>()方法。

Java要求在实例化类之前,必须先实例化其超类,以保证所创建实例的完整性。

Java强制要求除了Object之外,所有对象的构造函数必须首先调用超类的构造函数---super(),如果我们显式调用超类的构造函数,或者没有显式的声明构造,那么在编译期结束后,编译器都会为我们自动生成一个对超类构造函数的调用。

image

以上就是我们对象初始化的全过程。

对于一个对象来说,单纯的看new Object()是片面的,必须结合类加载和对象初始化两个流程来看。

在类加载过程中,准备阶段是为类变量(static成员变量)分配内存并设置类变量初始值(零值)的阶段,而初始化阶段是真正开始执行Java代码并初始化实例变量的过程。

说了这么多,不如举个例子,代码如下:

image

输出结果:

父类静态代码块,20
子类静态代码块,10
2
0
2

从测试结果来回顾上面所说的内容,在类初始化阶段,就会执行类中的静态部分,也就是类构造器;在后面的对象初始化中,首先对父类中的实例变量赋值,再对子类中的实例变量赋值。需要主义的是,如果父类在初始化阶段调用了子类的方法,此时子类是没有进行初始化的,那么在子类方法中如果有用到子类实例变量的,那么该实例变量还属于零值状态。

总的来说,类初始化的一般过程是:父类的类构造器<clinit>() -> 子类的类构造器<clinit>() -> 父类的成员变量和实例代码块 -> 父类的构造函数 -> 子类的成员变量和实例代码块 -> 子类的构造函数。

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