JAVA JVM对象的实现
jvm分配内存给对象的方式
1. 内存分配的总体流程
对象内存分配的主要步骤:
- 类加载检查:确认类已加载、解析和初始化。
- 内存分配:根据对象大小,从堆中划分内存空间。
- 内存初始化:将分配的内存空间初始化为零值(不包括对象头)。
- 设置对象头:填充对象头信息(如哈希码、GC 分代年龄、类型指针等)。
- 执行init方法:调用对象的构造函数,初始化成员变量。
2. 内存分配的具体方式
(1)指针碰撞(Bump the Pointer)
- 适用场景:堆内存绝对规整(所有用过的内存放在一边,空闲的内存放在另一边)。
- 分配方式:JVM 维护一个指针,指向空闲内存的起始位置。分配时,将指针向空闲方向移动对象大小的距离。
- 优点:高效,仅需移动指针。
- 缺点:需要内存规整,依赖垃圾回收器(如 Serial、ParNew 等带有压缩功能的 GC)。
(2)空闲列表(Free List)
- 适用场景:堆内存不规整(已使用和空闲内存交错)。
- 分配方式:JVM 维护一个记录空闲内存块的列表,分配时从列表中找到足够大的块,并更新列表。
- 优点:适合不规整内存,无需内存压缩。
- 缺点:分配效率较低,需遍历列表并维护列表结构。
- 应用:CMS 等基于 “标记 - 清除” 的垃圾回收器使用此方式。
3. 线程安全的内存分配
对象创建在多线程环境下是线程不安全的,可能出现多个线程同时分配同一块内存的问题。JVM 采用两种方式解决:
(1)CAS(Compare-and-Swap)
- 执行流程:
1. 线程读取共享变量 V 的当前值
2. 将读取的值存储为预期旧值 A
3. 计算需要更新的新值 B
4. 执行 CAS 操作,比较 V 的当前值是否等于 A:- 如果相等(说明期间没有其他线程修改 V),则原子性地将 V 的值更新为 B- 如果不相等(说明其他线程已修改 V),则操作失败,通常需要重试或放弃
- 缺点:若竞争激烈,频繁的 CAS 失败会导致性能下降。
(2)TLAB(Thread Local Allocation Buffer)
- 机制:为每个线程预先分配一小块私有内存(TLAB),线程内的对象分配优先在 TLAB 中进行,避免同步开销。
jvm对象的内存布局
在 JVM(Java 虚拟机)中,对象在内存中的布局主要分为三个部分:对象头(Object Header)、实例数据(Instance Data) 和 对齐填充(Padding)。
1. 对象头(Object Header)
对象头包含两部分信息:Mark Word 和 类型指针(Class Pointer),某些情况下还会包含 数组长度(如果对象是数组)。
Mark Word
- 作用:存储对象的哈希码、锁状态标志、GC 分代年龄等运行时数据。
- 长度:在 32 位 JVM 中占 32 位(4 字节),64 位 JVM 中占 64 位(8 字节)。
类型指针(Class Pointer)
- 作用:指向对象的类元数据(Class 对象),JVM 通过这个指针确定对象是哪个类的实例。
- 长度:32 位 JVM 中占 32 位(4 字节),64 位 JVM 中默认开启指针压缩时占 32 位(4 字节),否则占 64 位(8 字节)。
数组长度(可选)
- 作用:如果对象是数组,对象头中会额外存储数组的长度。
- 长度:32 位(4 字节)。
2. 实例数据(Instance Data)
- 作用:存储对象的字段数据,包括父类继承的和子类定义的字段。
- 布局规则:
- 相同宽度的字段被分配在一起(例如,int 和 float 都是 4 字节,可能相邻)。
- 父类字段在前,子类字段在后。
- 遵循 JVM 对齐规则:字段会按照 8 字节对齐(64 位 JVM)。
3. 对齐填充(Padding)
- 作用:JVM 要求对象的总大小必须是 8 字节的整数倍,不足的部分用填充字节补齐。
- 原因:提高内存访问效率,避免跨缓存行访问。
jvm对象的访问方式
在 JVM(Java 虚拟机)中,对象的访问方式主要涉及 引用(Reference) 如何定位到具体的对象实例。JVM 提供了两种主流的对象访问方式:句柄访问 和 直接指针访问
1. 句柄访问(Handle Access)
原理
- 句柄池:JVM 在堆中划分一块区域作为句柄池,每个句柄包含两部分指针:
- 引用指向:Java 引用(如 Object obj = new Object() 中的 obj)存储的是句柄池中的句柄地址。
访问流程
引用变量(栈) → 句柄池(堆) → 对象实例数据(堆)→ 对象类型数据(方法区)
优缺点
- 优点:引用稳定,对象移动时只需修改句柄中的指针,无需修改引用本身。
- 缺点:需要两次指针访问(先到句柄池,再到对象),性能略低。
2. 直接指针访问(HotSpot 采用)
原理
- 引用指向:Java 引用直接存储对象在堆中的地址,对象的实例数据中包含 类型指针,指向方法区的类元数据。
访问流程
引用变量(栈) → 对象实例数据(堆) → 对象类型数据(方法区)
优缺点
- 优点:访问速度快,只需一次指针访问。
- 缺点:对象移动 时需要修改所有引用的指针。
总结
- 句柄访问:通过句柄池间接访问对象,优点是引用稳定,缺点是性能较低。
- 直接指针访问:引用直接指向对象,优点是性能高,缺点是对象移动时需修改引用。