今天我們一起看一下HotSpot虛擬機中的對象。

對象的創建（以 new 關鍵字為例）

創建過程

1. Java 虛擬機遇到字節碼new指令，首先檢查new指令參數是否能夠在常量池中定位到一個類的符號引用

如果是，繼續下一步

如果否，執行類加載過程

如果是，檢查這個符號引用代表的類是否已經被加載、解析和初始化

如果否，執行類加載

2. 虛擬機為新生對象分配內存（對象所需內存大小在類加載完成后即可確定）
3. 虛擬機將分配的內存空間（不包括對象頭）初始化為零值。
4. 虛擬機對對象進行必要設置，比如設置對象頭信息：
5. 對象是哪個類的實例
6. 如何找到類的元數據信息
7. 對象的哈希碼
8. 對象的 GC 分代年齡
9. new指令之后會接著執行<init>()方法，按照程序員意愿初始化對象

內存分配

1. 內存分配算法：擬機為新生對象分配內存有指針碰撞和空閑列表兩種方式，具體選擇哪種，取決于垃圾收集器是否帶有空間壓縮整理的能力。Serial、ParNew 帶壓縮整理，采用指針碰撞；CMS 基于清除算法，采用空閑列表。

指針碰撞 (Bump The Pointer)：堆內存絕對規整，已使用的在一邊，未使用的在另外一遍，中間通過指針作為分界點指示器，分配內存即移動指針。

空閑列表 (Free List)：堆內存不規整，已使用與未使用相互交錯，需要維護一個列表，記錄哪些內存塊可用，分配的時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對象實例，并更新列表記錄。

2. 線程安全問題：創建對象比較頻繁，需要保證線程安全，避免多個對象分配了相同的內存區域，一般是兩種方式：

同步處理：虛擬機采用CAS+失敗重試方式保證更新操作的原子性

本地線程分配緩沖：把內存分配的動作按照線程劃分在不同空間之中進行，即每個線程在 Java 堆中預先分配一小塊內存，稱為本地線程分配緩沖 (Thread Local Allocation Buffer, TLAB)，哪個線程要分配內存，就在哪個線程的本地緩沖區中分配，只有本地緩沖緩沖區用完了，分配新的緩沖區時才需要同步鎖定。是否使用 TLAB，可以通過參數-XX:+/-UseTLAB參數設定。

對象的內存布局

1. 對象頭 (Header)

用于存儲對象自身運行時數據：哈希碼 (Hash Code)、GC 分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等，長度在 32 位和 64 位虛擬機分別是 32 比特和 64 比特，官方稱為 Mark Word。

類型指針，即對象指向它的類型元數據指針，Java 虛擬機通過這個指針來確定該對象是哪個類的實例。

如果對象是數組，還有一個數據記錄數組長度

2. 實例數據 (Instance Data)：即程序代碼里面定義的各種類型的字段內容。存儲順序受虛擬機分配策略 (-XX:FieldsAllocationStyle 參數）和字段在 Java 源碼中定義順序影響。HotSpot 虛擬機默認分配順序為 longs/doubles、ints、shorts/charts、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers, OOPS)，即相同寬度字段被分配到一起存放，在滿足這個前提條件情況下，在父類中定義的變了會出現在子類之前。如果 HotSpot 虛擬機的+XX:CompactFields 參數設置為 true，子類中較窄的變量也允許插入父類變量的空隙中，以節省空間。
3. 對齊填充 (Padding)：占位符作用。HotSpot 虛擬機的自動內存管理系統要求對象起始地址必須是 8 字節的整數倍。

對象的訪問定位

Java 程序會通過棧上的 reference 數據來操作堆上的具體對象，主流的訪問方式主要有使用句柄和直接指針兩種：

• 使用句柄：Java 堆中將可能會劃分出一塊內存來作為句柄池，reference 中存儲的是對象的句柄地址，句柄中包含了對象實例數據和類型數據各自的具體地址信息。好處是解耦，reference 中存儲的是穩定句柄地址，在對象被移動（垃圾回收等）時只會改變句柄中實例數據指針，而 reference 本身不需要修改。
• 直接指針：Java 堆中的對象布局必須考慮如何放置訪問類型數據的相關信息，reference 中存儲的是對象地址。好處是速度快，節省一次指針定位時間開銷，HotSpot 主要使用直接指針。

使用句柄

直接指針