Java 对象深入探究

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这篇博客是为了深入探究 Java 中对象的知识。

对象的创建

首先我们先看下一个简单创建对象的代码，看一个对象到底是如何在内存中创建的。

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public static void main(String[] args) {
        Person obj = new Person();
    }


public class Person {
    private int age=8;
    private String name="fu";

}

对应的 JVM 指令：

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0 new #2 <learnJava/AQS/Person>
3 dup
4 invokespecial #3 <learnJava/AQS/Person.<init>>
7 astore_1
8 return

对应指令含义：

new: 创建一个实例对象。

dup： 复制栈顶数值并将复制值压入栈顶

invokespecial:调用超类构建方法, 实例初始化方法, 私有方法

astore_1:将栈顶引用类型数值存入指定本地变量

具体的初始化过程如下：

image-20210307232154928

DCL 和 volatitle 的问题

在常用的单例模式中，有一个 double check 模式 ，具体代码如下：

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private volatile static Singleton05 singleton05;
	//double check 性能最好
	public static Singleton05 getInstance() {
		if (singleton05 == null) {
			synchronized (Singleton05.class) {
				if (singleton05 == null) {
					singleton05 = new Singleton05();
				}
			}
		}
		return singleton05;
	}

在诸多的单例模式中， double check lock 是性能和简单的方式之一，在上面对象的定义中，使用了 volatitle 的关键字描述，如果此时我们没有使用 volatitlte 关键字会怎样？

image-20210308231542469

因为在初始化的时候，存在一个半初始化的状态，其实是已经创建的对象，但是对象中的字段为 0，此时 DCL 检查不为空的时候，则满足了条件，即会直接返回，导致意想不到的结果。

Volatitle 关键字有两个作用

  1. 对象的内存区域加一个内存屏障，防止指令重排序。
  2. 锁定 CPU 和内存空间总线，让每一个线程的数据保持最新。

对象在内存中的存储布局

Java 对象一般分为 3 块空间：对象头，实例数据和对齐空间。在数组对象中又单独增加的数据长度的空间，具体几个对象布局如下：

image-20210309223629055

问题： 一个 Object 占用几个字节？

答案：16 字节，算法分为两种：

  1. 不开启指针压缩： 8+8+0+0 = 16
  2. 开启类指针压缩： 8+4+0+4 = 16

如果是 Object obj=new Object(); 则 obj 占用了 4 个字节，所以一共占用了 20 字节。

压缩对类指针和 压缩对象指针

在对象中一般会保留类的引用，称为类指针（Class Pointer）。同样，指向实例也会有一个指针，称为对象指针(OOP)。这个指针一般是 8 个字节，压缩后变成 4 个字节。

image-20210309230720613

为什么要存在指针压缩呢？目的肯定是为了节省内存，为什么压缩指针能行的通呢？我个人觉得有两个原因：

  1. 对象都是 8 字节对齐的，所以指针后都是相对的 “整数“（能整除 8）

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    例如: （不是 JVM 的指针压缩，只是表达指针压缩的含义）
    16  00000000 00001000
    32  00000000 00010000
    64  00000000 00100000 
    可以转为：
      //舍弃 3 个 0 
    16  00000000 00001 000
    32  00000000 00010 000
    64  00000000 00100 000
  1. 类指针和对象指针的寻址范围一般不会超过 4 字节，2^32*8 =32G（一旦超过这个值，则压缩失效）

在 JVM 中有两个参数来控制指针

UseCompressClassPointers : 类指针压缩

UseCompressOop : 对象指针压缩

对象的分配规则

  • 允许在栈上直接分配开关打开，优先在栈上分配，对象如果想在栈上分配需要有两个条件：
  1. 标量替换：用成员变量代替对象。
  2. 不产生逃逸：不会被其他方法引用
  • 在栈上分配空间效率比较高，直接 pop ，没有 GC 的过程。
  • 如果栈空间不够用了，如果对象过大，直接进入老年区。
  • 如果不大，会进入 edian 区，符合线程 ==本地分配== （进入线程独有的 buffer TLAB，不存在锁竞争，效率比较高），进入线程本地分配，不满足进入 edian 区。

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