对象的实例化

创建对象的几种方式

1. new关键字：最常见的方式 变形1：Xxx的静态方法（如Class.forName()) 变形二：Xxx的builder/XxxFactory的静态方法(构建者模式、工厂模式)
2. Class的newInstance():反射的方式，只能调用空参的构造器，权限必须是public
3. Constructor的newInstance(Xxx):反射的方式，可以调用空参，带参的构造器，权限没有要求，实用性更好
4. 使用clone():不调用任何构造器；当前类需要实现Cloneable接口，实现clone(),默认浅拷贝
5. 使用反序列化：从文件、数据库、网络中获取一个对象的二进制流，反序列化为内存中的对象
6. 第三方库Objenesis，利用asm字节码技术，动态生成Constuctor对象

创建对象的步骤

1. 判断对象对应的类是否加载、链接、初始化

   虚拟机遇到一个new指令，首先会去检查这个指令的参数能否在元空间（Metaspace)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、链接和初始化。（即判断类元信息是否存在）

   • 如果没有，那么在双亲委派的模式下，使用当前类的类加载器ClassLoader+包名+类名为key进行查找对应的.class文件
   • 如果没找到对应的文件，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，如果实例变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即四个字节大小

   说明：选择哪种分配方式由java堆是否规整决定，而java堆是否规整又由所采取的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

   • 指针碰撞

     假设 Java 堆中内存是绝对规整的，所有被使用过的内存都被放在一边，空闲的内存被放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”（Bump The Pointer）。因此，当使用 Serial、ParNew 等带压缩整理过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞，既简单又高效；

     

   • 空闲列表

     但如果 Java 堆中的内存并不是规整的，已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在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，并更新列表上的记录，这种分配方式称为“空闲列表”（Free List）。当使用 CMS 这种基于清除（Sweep）算法的收集器时，理论上就只能采用较为复杂的空闲列表来分配内存。

     

3. 处理并发安全问题

   在分配内存空间时，另外一个问题是及时保证new对象时候的线程安全性，创建对象是非常频繁的操作，虚拟机需要解决并发问题，虚拟机采用了俩种方式解决并发问题：

   • CSA（Compare And Swap）失败重试、区域加锁：保证指针更新操作的原子性；
   • TLAB：把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲区，（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区中分配，只有本地缓冲区用完了，分配新的缓存区时才需要同步锁定。虚拟机是否使用 TLAB，可以通过-XX：+/-UseTLAB 参数来设定。

4. 初始化分配到的空间

   内存分配结束之后，虚拟机将分配到内存空间都初始化为零值（不包括对象头）。这一步保证了对象的实例字段在java代码中可以不用赋值初值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型对应的零值。简而言之就是属性给默认值（0，null）

5. 设置对象的对象头

   接下来，Java 虚拟机还要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码（实际上对象的哈希码会延后到真正调用Object::hashCode()方法时才计算）、对象的 GC 分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头（Object Header）之中。根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

6. 执行init方法进行初始化

   从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了。但是从Java 程序的视角看来，对象创建才刚刚开始——构造函数，即 Class 文件中的()方法还没有执行，所有的字段都为默认的零值，对象需要的其他资源和状态信息也还没有按照预定的意图构造好。这时候就要初始化成员变量，执行实例化代码，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。

   一般来说（由字节码流中 new 指令后面是否跟随 invokespecial指令所决定，Java 编译器会在遇到 new 关键字的地方同时生成这两条字节码指令，但如果直接通过其他方式产生的则不一定如此），new 指令之后会接着执行 ()方法，按照程序员的意愿对对象进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全被构造出来。

对象的内存布局

在 HotSpot 虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

• 对象头：HotSpot 虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。第一类是用于存储对象自身的运行时数据，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、偏向时间戳等；对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，Java 虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。
• 实例数据：实例数据部分是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（-XX：FieldsAllocationStyle 参数）和字段在 Java 源码中定义顺序的影响。HotSpot 虚拟机默认的分配顺序为 longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops（Ordinary Object Pointers，OOPs），从以上默认的分配策略中可以看到，相同宽度的字段总是被分配到一起存放，在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果 HotSpot 虚拟机的+XX：CompactFields 参数值为true（默认就为 true），那子类之中较窄的变量也允许插入父类变量的空隙之中，以节省出一点点空间。
• 对齐填充：对象的第三部分是对齐填充，这并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。

对象的访问定位

创建对象的目的是为了去使用它。定位，通过栈上的引用（reference）访问

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？？？

主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种：

• 使用句柄访问：如果使用句柄访问的话，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

  

• 使用直接指针：如果使用直接指针访问的话，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，

优缺点：这两种对象访问方式各有优势，使用句柄来访问的最大好处就是 reference 中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference 本身不需要被修改。使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象访问在 Java 中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本，就虚拟机 HotSpot 而言，它主要使用第二种方式进行对象访问。