对象的创建

1. Java 程序员视角 vs. JVM 内部视角

在 Java 语言层面，创建对象往往就是 new 关键字加上构造方法，看似很简单。但在 JVM 内部，当遇到一条字节码指令 new 时，需要经过以下步骤：

1. 检查类是否已经被加载、解析和初始化

   • 如果没有，需要先完成类的加载、解析和初始化（这是类加载机制的工作，可以看我写的类加载内篇笔记）。

2. 为新生对象分配内存

   • 虚拟机会从 Java 堆中为对象分配一块连续且足够的空间。

   • 分配方式取决于堆是否规整，常见的有「指针碰撞」和「空闲列表」两种：

     1. 指针碰撞 (Bump the Pointer)

        • 若堆中空闲内存是连续的，一边放已使用的内存，一边放空闲的内存，中间是一个分界指针。

        • 分配时，只需把指针向空闲方向移动一段对象大小的距离。

        • 优点：操作简单，效率高。

        • 适用场景：当垃圾收集器具有「压缩整理」功能（如 Serial、ParNew）时，堆会保持规整。

     2. 空闲列表 (Free List)

        • 若堆中的空闲内存和已用内存交织在一起，就无法用指针碰撞了。

        • 需要维护一个「空闲列表」，找到一块足够大的内存给对象。

        • 适用场景：当垃圾收集器采用「清除 (Sweep)」算法（如 CMS）时，堆可能不规整。

3. 解决并发下的线程安全问题

   • 对象创建在多线程下是非常频繁的操作，如果多个线程同时为对象分配内存会产生冲突。

   • 两种方案：

     1. CAS + 失败重试：用原子操作保证指针移动的正确性；

     2. TLAB (Thread Local Allocation Buffer)：为每个线程预先在堆中分配一小块缓冲区（TLAB），这样每个线程只在自己的 TLAB 中分配对象，只有当 TLAB 用完后才需要同步锁定分配新的缓冲区。

   • 是否开启 TLAB 可通过 -XX:+/-UseTLAB 参数设置。

4. 将分配到的内存初始化为零值

   • 对象的实例字段会在 Java 层面默认使用「零值」（int=0, boolean=false, 对象引用=null 等）。

   • 为了保证这一点，在分配时会把分配到的内存（除对象头外）清零。

5. 设置对象头信息

   • JVM 需要为对象设置「它是哪个类的实例、如何找到类元数据、对象的哈希码、GC 分代年龄、锁标志位」等信息，这些都放在对象头（Object Header）中。

   • 若启用偏向锁（Biased Locking），对象头会带有相应标记。

6. 执行 <init>() 构造方法

   • 上面步骤完成后，从 JVM 角度看，对象已经生成了，但对于 Java 程序来说，构造方法还没执行，字段值只是默认值。

   • 一般情况下（new 指令后跟 invokespecial 来调用构造方法），Java 程序会调用 <init>()，按照程序员的逻辑进行初始化。这样对象才算真正完成构造、可被使用。