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在 Java 中，new关键字是创建对象的核心方式，其本质是触发 JVM 在堆内存中为对象分配空间并完成初始化。这个过程涉及类加载、内存分配、初始化等多个环节，下面详细拆解其底层机制：
一、前置检查：类加载验证
在new执行前，JVM 会先确认目标类是否已被加载到方法区（JDK8 + 为元空间）。如果类未加载，会触发类加载过程（加载→验证→准备→解析→初始化）：
- 加载：通过类全限定名读取字节码文件（.class）到内存；
- 验证：确保字节码符合 JVM 规范（如格式正确、无安全隐患）；
- 准备：为类的静态变量分配内存并设置默认零值（如
static int a默认 0）； - 解析：将符号引用（如类名、方法名）转换为直接引用（内存地址）；
- 初始化：执行静态代码块和静态变量的显式赋值（如
static int a = 10）。
只有类加载完成后，JVM 才知道该类的对象需要占用多少内存（实例变量的类型和数量已确定）。
二、核心步骤：堆内存分配
类加载完成后，new的核心动作是在堆内存中为新对象分配空间，空间大小由类的实例变量（非静态字段）决定（如int占 4 字节，Object引用占 4/8 字节，依 JVM 位数而定）。
内存分配有两种主流方式，取决于堆内存是否连续：
1. 指针碰撞（Bump The Pointer）
适用于堆内存无碎片的场景（如采用 “标记 - 复制” 算法的 GC 收集器：Serial、ParNew 等）。
- 原理：堆中已用内存和空闲内存之间有一个指针，分配时只需将指针向空闲内存方向移动 “对象大小” 的距离，即可完成分配。
- 示例：假设指针当前指向地址 1000，新对象需 200 字节，则指针移动到 1200，1000~1200 的空间分配给新对象。
2. 空闲列表（Free List）
适用于堆内存有碎片的场景（如采用 “标记 - 清除” 算法的 GC 收集器：CMS）。
- 原理：JVM 维护一个 “空闲列表”，记录堆中所有空闲内存块的地址和大小。分配时从列表中找到一块足够大的空闲块，分割出 “对象大小” 的空间分配给新对象，剩余部分仍保留在列表中。
三、并发安全：解决分配冲突
多线程同时用new创建对象时，可能出现 “指针移动冲突”（如两个线程同时操作同一指针）。JVM 通过两种方式保证线程安全：
1. CAS + 失败重试
对内存分配动作加同步锁：通过CAS（Compare And Swap） 机制检查指针是否被其他线程修改，若未修改则成功分配，若已修改则重试，直到成功。
2. TLAB（本地线程分配缓冲）
JVM 为每个线程在堆中预先分配一块私有内存（TLAB，Thread Local Allocation Buffer）。
- 线程创建对象时，优先在自己的 TLAB 中分配内存，避免线程间竞争；
- 当 TLAB 用完时，才通过 CAS 从堆的公共区域分配新的 TLAB。
- 可通过
-XX:+UseTLAB开启（默认开启），-XX:TLABSize设置大小。
四、内存初始化：零值填充
内存分配完成后，JVM 会将分配到的空间（除对象头外）全部初始化为零值（如int→0，boolean→false，Object引用→null）。
- 这一步是 “默认值” 的来源：即使实例变量未显式赋值，也能保证有合理的初始状态（如
class A { int x; }中，new A().x默认 0）。
五、对象头设置（Object Header）
内存初始化后，JVM 会为对象设置对象头（占 8/16 字节，依 JVM 位数和对象类型而定），包含两类信息：
- 运行时数据：哈希码（HashCode）、GC 分代年龄（对象经历 GC 的次数）、锁状态标志（是否被同步锁持有）等；
- 类型指针：指向对象所属类的元数据（在方法区），用于确定对象的类型（如
obj.getClass()的底层依据）。
特殊情况：如果是数组对象，对象头还会额外存储数组长度（因为数组的大小在编译期不确定，需运行时记录）。
六、执行构造方法（<init>）
最后，JVM 会调用对象的构造方法（字节码层面的<init>方法），完成以下操作：
- 执行实例变量的显式赋值（如
int x = 10）； - 执行构造方法中的代码逻辑（如初始化其他对象、计算等）。
至此，一个完整可用的对象创建完成，new表达式返回该对象在堆中的引用（存储在栈中，或作为其他对象的字段）。
总结：new分配内存的完整流程
- 检查类是否加载→未加载则触发类加载；
- 在堆中分配内存（指针碰撞 / 空闲列表）；
- 解决并发冲突（CAS 重试 / TLAB）；
- 内存空间零值初始化；
- 设置对象头（运行时数据 + 类型指针）；
- 执行构造方法（<init>），返回对象引用。
这个过程由 JVM 自动管理，开发者无需手动操作内存，体现了 Java “内存安全” 的特性。