深入理解 Java 虚拟机：对象的创建过程

╰半橙微兮° 2023-07-20 05:34 6阅读 0赞

### 深入理解 Java 虚拟机：对象的创建过程 ###

*  类加载
 *  分配内存
 *   *  分配方式一：指针碰撞
     *  分配方式二：空闲列表
     *  如何选择？
 *  线程安全问题
 *   *  CAS + 失败重试方法
     *  线程本地分配缓存区（TLAB）
 *  后续工作

# 类加载 #

虚拟机遇到一条 `new` 指令时，首先检查，指令的参数`是否能在常量池种定位到一个类的符号引用`，并且检查这个符号引用的类`是否已经被加载、解析、初始化过`，如果没有那必须执行相应的`类加载过程`。

比如：String str = null;  
这就意味着类已经被加载，创建对象时这步类加载就不要执行了

# 分配内存 #

在类的加载检查通过后，接下来虚拟机将为`新生对象分配内存`。对象所需`内存大小`在`类加载完成后便可以完全确定`。为对象分配空间的任务等同于把`一块确定大小的内存从 Java 堆种划分出来`。

## 分配方式一：指针碰撞 ##

假设 `Java 堆`中的`内存`是`绝对规整`的，所有用过的内存放一边，空闲的内存放另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个`指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离`，这种分配方式称为`“指针碰撞”`。

文字不太好理解，看图：  
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## 分配方式二：空闲列表 ##

如果 `Java 堆` 中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没办法简单的进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个`列表`，记录上哪些内存是可用的。在分配的时候`从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录`，这种分配方式称为`“空闲列表”`。  
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## 如何选择？ ##

选择哪种分配方式由 `Java 堆是否规整`决定，而 Java 堆是否规整又与所`采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能`决定。因此，在使用 `Serial`、`ParNew` 等带 `Compact` 过程的收集器时，系统采用的分配算法是`指针碰撞`，而使用 `CMS` 这种基于 `Mark-Sweep 算法（标记 - 清除算法）`的收集器时，通常采用`空闲列表`。

GC 标记 - 清除相关算法可参考：[JVM 知识点整理：GC垃圾收集器及相关算法（标记 - 清除算法）][JVM _GC_ -]

# 线程安全问题 #

除了`空间划分`外，对象创建在虚拟机中也是非常频繁的行为，即使是仅仅改变一个指针所指向的位置，在`并发`情况下，也`不是线程安全的`，可能出现正在给对象 A 分配内存，指针还没来的及修改，对象 B 又同时使用了原来的指针分配内存的情况。

## CAS + 失败重试方法 ##

`CAS` 操作包含三个操作数：`内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。`

执行 `CAS` 操作的时候，将`内存位置的值与预期原值比较`，如果`相匹配`，那么处理器会自动将该位置值`更新为新值`。否则，处理器不做任何操作。

处理器不做操作意思就是`分配内存失败`了，就重新获取内存，通过执行相同的步骤`重试`，`直到成功为止`。

## 线程本地分配缓存区（TLAB） ##

每个`线程`在 `Java 堆`中`预先分配一小块内存`，称为 `线程本地分配缓存区（TLAB）`。哪个线程需要分配内存，就在哪个线程的 `TLAB` 上分配，只有在 `TLAB` 用完在分配新的内存时候，才需要`同步锁定`，虚拟机中是否采用 `TLAB`，通过 `-XX:+/-UseTLAB` 参数来设定。

PS：就是每个线程在开始时候，优先在内存里割一块内存（划地盘），要分配内存都优先在上面分配，不够了再割块内存出来（同步锁定）

# 后续工作 #

内存分配完成后，虚拟机需要将分配的`内存空间初始化为零值（初始值）`（不包括对象头）。这一步操作保证了对象的实例字段在 Java 代码中可以不赋初始值就可以使用，程序能访问这些字段对应的零值。  
PS：设置初始值，如：int 类型默认值 0

接下来虚拟机对对象进行必要的设置，例如对象是`哪个类的实例`、`如何才能找到类的元数据信息`、对象的`哈希码`、对象的 `GC 分代年龄`等信息，存放在对象头（Object Header）中。

`JVM` 角度来看，新对象已经产生，但从 Java 程序角度来看，才刚刚开始。后续需要执行 `<init>（字节码 class 文件指令）`，把对象按照`程序员的意愿进行初始化`，这样一个真正可用的对象才完全产生。

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[JVM _GC_ -]: https://blog.csdn.net/qq_37143673/article/details/105122323/