对象实例化及内存布局、访问定位

April 27, 2021 1 minute read

QQ截图20210428150850.jpg

创建对象的方式

假设我现在有一个对象，想要获取对象的实例

public class Person {
    private String name;
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

new

最常见的，也是最简单的

Person person = new Person();

进阶版本，单例模式、工厂模式、建造者模式

单例模式

public class Person {
    private String name;

    private static Person instance = new Person();

    public static Person getInstance() {
        return instance;
    }

    private Person() {
        
    }
}

Person instance = Person.getInstance();

工厂模式

public class PersonFactory {
    public Person produce(){
        return new Person();
    }
}

PersonFactory personFactory = new PersonFactory();
Person person = personFactory.produce();

建造者模式

public class Person {
    private final String name;
    private final Integer age;
    private final Boolean sex;

    private Person(Builder builder) {
        this.name = builder.name;
        this.age = builder.age;
        this.sex = builder.sex;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", sex=" + sex +
                '}';
    }

    public static class Builder {
        private String name;
        private Integer age = 18;
        private Boolean sex;

        public Builder name(String name) {
            this.name = name;
            return this;
        }

        public Builder age(Integer age) {
            this.age = age;
            return this;
        }

        public Builder(Boolean sex) {
            this.sex = sex;
        }

        public Person build() {
            return new Person(this);
        }
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public Boolean getSex() {
        return sex;
    }
}

Person person = new Person.Builder(true).name("hunter").build();

Constructor的newInstance

反射的方式。比Class方式功能更强大，可以调用有参数和私有的构造函数。

public class Person {
    private String name;
	//构造函数私有化
    private Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

Constructor<Person> constructor = Person.class.getDeclaredConstructor(String.class);
constructor.setAccessible(true);
Person person = constructor.newInstance("hunter");

Class的newInstance()

反射的方式。只能调用空参构造器，且权限是public。实际上是调用无参构造器去创建对象。

Person person = Person.class.newInstance();

Clone

原型模式。参见设计模式。

public class Person implements Cloneable{
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    protected Person clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Person) super.clone();
    }
}

Person person=new Person();
Person clone = person.clone();
clone.setName("aaa");
System.out.println(clone.getName());

反序列化

第三方类库Objenesis

创建对象的步骤

1.判断对象对应的类是否加载、连接、初始化

虚拟机遇到一条new指令，首先去检查这个指令的参数能否在元空间的常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化（即判断类元信息是否存在）。如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为key进行查找对应的class文件。如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的class类对象

2.为对象分配内存

首先计算对象占用空间大小，接着在堆中划分一块内存给新对象。如果实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即4个字节大小。有两种分配方式，具体采用哪种分配方式由堆是否规整决定，而堆是否规整由垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

内存规整

如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（Bump The Pointer）来为对象分配内存。意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段对象大小相同的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有compact过程的收集器时，使用指针碰撞。

内存不规整

如果内存不规整，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虚拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护一个列表，记录哪些内存块是可用的，再分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的内容。这种分配方式称为“空闲列表（Free List）”

3.处理并发安全问题

一般采用两种方式

CAS+失败重试。CAS是乐观锁的一种实现方式。所谓乐观锁就是每次不加锁而假设没有冲突去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，知道成功为止。
TLAB。

4.初始化分配到的空间

将内存空间都初始化为零值

5.设置对象的对象头

将对象的所属类（类的元数据信息）、对象的HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。具体设置方式取决于JVM实现。

6.执行init方法进行初始化

初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址复制给引用变量。因此一般来说（由字节码中是否跟随着有invokespecial指令所决定），new指令之后会接着就是执行方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全创建出来。

内存布局

QQ截图20210428151534.jpg

实例

public class Customer{
    int id=1001;
    String name;
    Account acct;
    {
        name="匿名客户";
    }
    public Customer(){
        acct=new Account();
    }
}

public class CustomerTest{
    public static void main(String[] args){
        Customer cust=new Customer();
    }
}

QQ截图20210428151734.jpg

对象的访问定位

JVM是如何通过栈帧中的对象引用访问到其内部的对象实例的呢？通过栈上reference访问。

主要有两种访问方式，句柄访问、直接指针（Hotspot采用）。

使用句柄访问，堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，句柄池中存放到对象实例数据的指针。

面试题

对象在JVM中是怎么存储的？
对象头信息里面有哪些东西？
Java对象头里有什么？
创建对象的步骤？

Hunter