深入理解JVM HotSpot虚拟机对象

对象创建

仅限于普通Java对象，不包括数组和Class对象；不包括复制（克隆？）、反序列化。

1. 类加载检查：遇到字节码new指令，检查指令参数能否在常量池定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用对应的类是否已被加载、解析和初始化过，如果没有则执行对应的类加载过程
2. 分配内存：对象所需内存大小在类加载完成后便可完全确定。
   1. 内存分配方式
      1. 指针碰撞：Bump The Pointer，要求Java堆内存绝对规整，使用过的内存放一边，未使用的放一边，中间指针隔开，内存分配仅是移动指针
      2. 空闲链表：Free List，Java堆内存不是绝对规整，则必须维护列表，记录那些内存可用，分配时从链表找到一块足够大的内存分配给对象实例
      3. 选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有空间压缩整理（Compact）的能力决定
      4. Serual、ParNew：带压缩整理过程的收集器，使用指针碰撞，简单高效
      5. CMS：基于清除（Sweep）算法，可先通过空闲列表得到大块分配缓冲区（Linear Allocation Buffer），然后在这个缓存区中使用指针碰撞的方式分配内存
   2. 线程安全
      1. 内存分配同步处理：CAS + 失败重试保证更新原子性
      2. 每个线程预先分配大块的TLAB（本地线程分配缓冲，Thread Local Allocation Buffer），只有这一步需要同步，为对象分配内存时在线程私有的TLAB中进行分配
3. 对象内存初始化：将分配给对象的内存初始化为0值（但不含对象头，为什么？），如果使用了TLAB，这一步可提前至TLAB分配时执行（这里显然对对象头一同初始化了），保证对象实例字段不用赋初值即可使用。
4. 对象头初始化
5. 对象初始化：即构造函数的执行，由new指令后是否跟随invokespecial指令决定（一般编译器会在new关键字处同时生成两个字节码指令，但其他方式产生的则不一定）

HotSpot虚拟机字节码解释器中的代码片段

// 确保常量池中存放的是已解释的类 
if (!constants->tag_at(index).is_unresolved_klass()) { 
    // 断言确保是klassOop和instanceKlassOop（这部分下一节介绍） 
    oop entry = (klassOop) *constants->obj_at_addr(index); 
    assert(entry->is_klass(), "Should be resolved klass"); 
    klassOop k_entry = (klassOop) entry; 
    assert(k_entry->klass_part()->oop_is_instance(), "Should be instanceKlass"); 
    instanceKlass* ik = (instanceKlass*) k_entry->klass_part(); 
    // 确保对象所属类型已经经过初始化阶段 
    if ( ik->is_initialized() && ik->can_be_fastpath_allocated() ) {
        // 取对象长度 
        size_t obj_size = ik->size_helper(); 
        oop result = NULL; 
        // 记录是否需要将对象所有字段置零值 
        bool need_zero = !ZeroTLAB; 
        // 是否在TLAB中分配对象 
        if (UseTLAB) { 
            result = (oop) THREAD->tlab().allocate(obj_size);
        } 
        if (result == NULL) { 
            need_zero = true; 
            // 直接在eden中分配对象
        retry:
            HeapWord* compare_to = *Universe::heap()->top_addr(); 
            HeapWord* new_top = compare_to + obj_size; 
            // cmpxchg是x86中的CAS指令，这里是一个C++方法，通过CAS方式分配空间，并发失败的 话，转到retry中重试直至成功分配为止
            if (new_top <= *Universe::heap()->end_addr()) { \
                if (Atomic::cmpxchg_ptr(new_top, Universe::heap()->top_addr(), compare_to) != compare_to) { 
                    goto retry;
                } result = (oop) compare_to;
            }
        } 
        
        if (result != NULL) { 
        // 如果需要，为对象初始化零值 
        if (need_zero ) { 
            HeapWord* to_zero = (HeapWord*) result + sizeof(oopDesc) / oopSize; 
            obj_size -= sizeof(oopDesc) / oopSize; 
            if (obj_size > 0 ) { 
                memset(to_zero, 0, obj_size * HeapWordSize);
            }
        } 
        // 根据是否启用偏向锁，设置对象头信息 
        if (UseBiasedLocking) { 
            result->set_mark(ik->prototype_header());
        } else { 
            result->set_mark(markOopDesc::prototype());
        } 
        result->set_klass_gap(0); result->set_klass(k_entry); \
        // 将对象引用入栈，继续执行下一条指令 
        SET_STACK_OBJECT(result, 0);
        UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUE(3, 1); 
        } 
    } 
}

对象内存布局

HotSpot中，对象在堆内存中的布局可分为三个部分：对象头、实例数据、对齐填充。

对象头

1. Mark Word：对象自身运行时数据，哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。在32位和64位的虚拟机（未开启指针压缩）中分别32和64比特，官方称之为"Mark Word"。是一个动态数据结构，根据对象状态复用存储空间
2. 类型指针：只想对象的类型元数据的指针，JVM通过它来确定对象是哪个类的实例，并非所有虚拟机都保留类型指针
3. 数组长度：数组对象有

实例数据

1. 无论是从父类继承下来的，还是子类中定义的字段，都必须记录下来
2. 存储顺序受虚拟机分配策略参数（-XX:FieldsAllocationStyle）和字段源码定义顺序影响
3. HotSpot默认分配顺序为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（Ordinary Object Pointers，OOPs），相同宽度存放在一起，在此前提下，父类定义变量在子类之前
4. 若HotSpot虚拟机参数+XX:CompactFields参数值为true（默认就为true），那子类中较窄的变量也允许插入父类变量空隙之中，以节省空间

对齐填充

1. 不是非必要的，仅起到占位符作用
2. 这部分的存在是因为HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，也就是说加上占位符，任何对象的大小都必须是8字节的整数倍
3. 对象头刚好是8字节整数倍（1或2倍）

对象访问定位

Java程序通过栈上的reference操作堆上的具体对象。《JVM规范》仅规定了reference是一个指向对象的引用，并未规定这个引用该通过什么方式去定位、访问到堆中对象的具体位置。

主流访问方式主要有使用句柄和直接指针两种。

句柄

Java堆中将可能会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息

直接指针

Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销

直接指针：速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，HotSpot使用它

问题

1. private的父类变量是否会被继承下来？父子类相同变量，父类方法访问，子类变量覆盖，那么子类调用访问的是哪个？子类重写方法，访问的是哪个？
2. 一个对象最大为多大