JVM中对象的创建流程

对象的内存分配

当虚拟机遇到一条new指令的时候，首先会检查是否被类加载过了。如果没有先必须执行相应的类加载。类加载就是把class文件加载到JVM运行时数据区的过程。

• 检查加载

首先检查这指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用(符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标)，并且检查类是否已经被加载、解析和初始化过。

• 分配内存

接下来 虚拟机 将为新生对象分配内存。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堆中划分出来。

指针碰撞

如果Java堆中的内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，用过的内存都放在一边，空闲的内存都放在另一边。中间有一个指针作为分界线。如果继续分有内存分配进来，指针只需要向空闲内存移动该对象同样大小的内存区域 (该对象大小经过对齐填充，填充后的对象内存是8字节的倍数，因此指针碰撞存储的对象依然是有规律的空间) ，从而保证内存的连续性，这种分配方式叫做 “指针碰撞” ;、

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，那就没办法简单地进行指针碰撞了。虚拟机此时就需要维护一张表，记录哪些区域是可用的。在分配内存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，这种分配方式叫做 “空闲列表” ;

采用哪种方式由堆得存在形式决定。而堆得存在形式又由垃圾回收器是否带有压缩整理功能决定。

在此多提一下:垃圾回收中只有CMS垃圾回收会造成空闲列表，其余都是指针碰撞。

并发安全问题

除了如何划分对象的存储空间外，还有一个需要考虑的是虚拟机中创建对象是非常频繁的。 堆内存 是线程共享区，多个线程同时访问同一片区域的时候，两个线程同时判断一片区域是空闲区域，但当第一个对象分配完内存后，第二个对象依旧分配给了这个已分配过的内存，从而产生线程安全问题。

解决方案

解决这类问题的方案有以下两种

CAS机制

CAS的实际宗旨其实不管三七二十一，先把活儿干了，再管有没有用。以消耗CPU性能为代价争取更高的效率。

TLAB机制（分配缓冲）

另一种是把内存分配的动作以线程为单位划分在堆内存中，即每一个线程在 Java 堆中预先分配一块小的私有内存，也就是本地线程分配换成(Thread Local Allocation Buffer,TLAB),JVM在线程初始化时，同时也会申请一块指定大小的内存，只给当前内存使用。这样每个线程都单独拥有一个Buffer，如果需要分配内存，就在自己的Buffer上分配，这样就不存在竞争的情况，可以大大的提升分配效率。当Buffer容量不够的时候，再从Edsen区域申请一块继续使用。

TLAB的目的是在新对象分配内存空间时，让每个Java应用线程能在使用自己专属的内存指针来分配内存，减少同步开销。

TLAB只是让每个线程有私有的分配指针。但地下存活对象的内存空间还是给所有线程访问的，只是其他线程无法在这个区域分配而已。相当于一个线程的TLAB用满，就再申请一个该线程的TLAB。

相当于从根本上解决线程安全问题。

• 内存空间初始化

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值( 成员变量初始化。此时成员变量都在堆内存中，如int=0；boolean=false )。这一步操作证实了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初值就可以直接使用。程序能访问到这些字段的数据类型所应的零值。

• 设置

接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置。例如这个对象属于哪个类的实例，如何才能找到类元数据信息(Java classes在Java hotspot VM内部表示为类元数据)，对象的哈希码，对象的GC分代年龄等信息。这些信息都存放在对象的对象头中。

• 对象初始化

在上面工作完成之后，从虚拟机的角度来看，一个新的对象已经产生了，但是从Java的角度来说，对象的创建才刚开始。所有的字段都是零值。所以说，执行new执行之后，会接着把对象按照程序员的意愿进行初始化 (构造方法) 。这样一个真正可用的对象就产生了。

对象的内存布局

在HotSpot中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data） 和对齐填充（Padding）。

对象头包括两部分信息，第一部分用于存储自身对象运行时数据：如哈希码（HashCode），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。

对象头的另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据( 方法区的class数据 )的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

如果对象是一个Java数组，那么对象头中还有一块用于记录数组长度的数据。

第三部分对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义，仅仅起到一个 占位符 的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对对象的大小必须是8字节的整数倍。当对象其他数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问定位

建立对象是为了使用对象，我们的Java程序需要通过栈上的reference（引用）数据来操作堆上的具体对象。目前主流的访问方式由使用句柄和直接指针两种。

句柄

引用此时存储的是句柄池的地址。当引用访问对象时，需要先访问到句柄池。在 句柄 池中有对象实例数据的指针以及对象类型数据的指针。相当于多了一个步骤访问对象，所以使用句柄池要在堆内创建中出一个新的区域。

句柄池的好处：如果当对象的位置发生了转变 (例：在垃圾回收时，标记整理算法会使对象的地址发生改变) ，我们不需要修改栈中的引用地址，只需要改变句柄池中指针的地址。带来了稳定性，损耗了性能。

直接指针

如果使用直接指针访问，reference中存储的直接就是对象地址。

这两种对象访问方式各有优势。使用直接指针访问的最大好处就是速度快，节省了一次指针定位的开销时间，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多之后也是一项非常客观的执行成本，

HotSpot就是使用直接指针的访问方式进行对象访问的。

判断对象的存活

在堆里面，存放着几乎所有的对象实例 (部分对象被虚拟机优化技术分配到了栈内存中)。垃圾回收器在对对象进行回收前，要做的事情就是确认这些垃圾哪些是“存活的”，哪些是”死去的”，那么什么对象才算是死去的呢？

垃圾的产生过程

由图可见，Study对象一开始被创建出来，但之后与引用断开。也就是说没有任何引用指向的一个或多个对象就变成了垃圾。

如何判断垃圾

引用计数法

在对象中添加一个引用 计数器 。每当有一个地方使用它，计数器就加1，当引用失效时就减step1：

step2：

step3：

此时的对象2，对象4理论上已经是垃圾了，但是引用计数不为0，所以无法回收。

Python中依然在用此方法判断垃圾，但主流虚拟机没有使用。因为存在对象相互引用的情况。这时候需要引入额外的机制来处理这类问题，导致影响效率。

我们在每一个对象中创建一个10M大小的字节数组。两个对象互相引用共20M。当垃圾回收时内存空间由25M回收至0.8M，证明在HotSpot中这两个循环引用的对象已经被回收。那么HotSpot中使用的是什么算法判断垃圾的呢？

可达性分析算法 （面试重点）

来判断对象是否存活，这个算法的思路就是通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索时经过的路径被称为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明对象不可用。作为GC Roots的对象包括以下几种（ 重点是前4种 ）

1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用。各个线程虚拟机栈中的局部变量。
2. 方法区中类静态属性的引用：Java中的引用类型静态变量。
3. 方法区中的常量引用：字符串常量池里的字面量对应的引用。
4. 本地方法栈中 JNI （即我们一般说的Native方法）中的变量。
5. JVM内部引用（class对象，异常对象，类加载器等）
6. 被同步所持有的对象。
7. JVM内部中 JMX Bean， JVM TI中注册的 回调 ，本地代码缓存等。
8. JVM实现中的”临时变量对象”，跨代引用的对象（在使用分代模型回收只回收部分代的对象，后续会讲，大致了解）

类的回收条件

类的回收条件比较苛刻，必须同时满足以下的条件（仅仅是可以，不代表必然，因此仍有参数可以控制）。参数可控禁止类的垃圾回收，从而提高效率。

1. 该类的所有实例已经被回收
2. 加载该类的ClassLoader已经被回收。
3. 该类对应的Java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法

Finallize方法

即使通过可达性分析判断的对象也不是非死不可，此时它仍处于“缓刑阶段”。真正要宣告一个对象死亡，需要经过两次标记过程。一次是没有找到与GC Roots的引用链。此时将被第一次标记。随后进行一次筛选（如果对象覆盖了 finalize ），我们可以在finallize中去拯救它。

代码演示：

可以看到，第一次对象被成功拯救，第二次无法被拯救。但是Finallize方法一定能拯救成功么？我们看下面的例子。

我们可以看到，在Finallize方法在GC执行后再执行，对象会拯救失败。因此无法保证Finallize的准确性，因此不推荐使用。

其他语言的垃圾回收

C语言申请内存 malloc free

C++： new delete

C/C++ 手动回收内存

Java：new

Java是自动内存回收的，编程简单，系统不容易出错。

手动释放内存，容易出现两种类型的问题：

1：忘记回收

C/C++手动回收 忘记回收造成内存泄漏

2：多次回收

如果两个对象

A malloc free free

B malloc

此时就有可能造成我的线程创建出的对象被其他线程回收掉的情况。